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    Atlas de poche Atlas de poche Document Transcript

    • SommairePhysiologie générale et physiologie cellulaire .......................................................................................................1Le corps humain : un système ouvert avec un milieu interne ......................................................................................1La cellule ......................................................................................................................................................................2Les mécanismes de transport : un processus fondamental pour les êtres vivants ......................................................6Rôle des ions Ca2+ dans la régulation des processus cellulaires ................................................................................15Apport et transformation de lénergie ...........................................................................................................................18Contrôle et transmission de linformation .....................................................................................................................21Nerf et Muscle ............................................................................................................................................................22Constitution et fonctionnement de la cellule nerveuse ................................................................................................22Potentiel membranaire de repos .................................................................................................................................24Potentiel daction .........................................................................................................................................................26Conduction du potentiel daction ..................................................................................................................................28Potentiels synaptiques .................................................................................................................................................30Stimulation artificielle du neurone ................................................................................................................................30Lunité motrice ..............................................................................................................................................................32La plaque motrice ........................................................................................................................................................32Constitution et fonctionnement du muscle squelettique ..............................................................................................34Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire .................................................................................................38Propriétés mécaniques du muscle ...............................................................................................................................40La musculature lisse ....................................................................................................................................................44Les sources dénergie de la contraction musculaire ...................................................................................................46Lorganisme lors de lexercice musculaire ...................................................................................................................48Système nerveux végétatif .......................................................................................................................................50Organisation du système nerveux végétatif .................................................................................................................50Acétylcholine comme neuromédiateur .........................................................................................................................54La noradrénaline. Les récepteurs adrénergiques ........................................................................................................56La médullosurrénale ....................................................................................................................................................58Sang ............................................................................................................................................................................60Composition et rôle du sang ........................................................................................................................................60Métabolisme du fer. Erythropoïèse et anémies ...........................................................................................................62Propriétés hémodynamiques .......................................................................................................................................64Composition du plasma ...............................................................................................................................................64Défense immunitaire ...................................................................................................................................................66Hémostase ..................................................................................................................................................................74Coagulation sanguine et fibrinolyse ............................................................................................................................76Respiration ................................................................................................................................................................78Les poumons ..............................................................................................................................................................78Fonctions de la respiration ..........................................................................................................................................78Mécanique ventilatoire ................................................................................................................................................80Epuration de lair inspiré ..............................................................................................................................................80
    • Respiration artificielle .................................................................................................................................................82Pneumothorax ........................................................................................................................................................... 82Mesure des volumes pulmonaires (spiromètre) ....................................................................................................... 84Espace mort et volume résiduel ................................................................................................................................ 86Relation pression/volume des poumons et du thorax. Travail ventilatoire ……………………………………….………88Tension superficielle des alvéoles ............................................................................................................................ 90Débit respiratoire et tests dynamiques ...................................................................................................................... 90Echanges gazeux dans les poumons ....................................................................................................................... 92Circulation pulmonaire. Rapport ventilation-perfusion .............................................................................................. 94Transport du CO2 dans le sang ................................................................................................................................ 96Liaison et répartition du CO2 dans le sang ............................................................................................................... 98Le CO2 dans le liquide céphalorachidien ................................................................................................................. 98Liaison et transport de lO2 dans le sang ............................................................................................................... 100Déficit en oxygène (hypoxie, anoxie) ...................................................................................................................... 102Régulation de la respiration ................................................................................................................................... 104Respiration en plongée ............................................................................................................................................106Respiration en haute altitude .................................................................................................................................. 108Intoxication par lO2 ................................................................................................................................................ 108Équilibre acido-basique ........................................................................................................................................ 110pH, tampon, équilibre acido-basique ...................................................................................................................... 110Le tampon bicarbonate-gaz carbonique ................................................................................................................. 112Équilibre acido-basique. Maintien et régulation ..................................................................................................... 114Détermination des rapports acide-base dans le sang ............................................................................................ 118Rein et Équilibre hydro-électrolytique ............................................................................................................... 120Structure et fonctions du rein ................................................................................................................................ 120Circulation rénale .................................................................................................................................................. 122Filtration glomérulaire. Clairance .......................................................................................................................... 124Mécanismes de transport dans le néphron ........................................................................................................... 126Sélection des substances. « Détoxication » et excrétion dans lorganisme ………………………………………… 130Le rôle du rein dans léquilibre du sodium et du chlore ........................................................................................ 132Les systèmes à contre-courant ............................................................................................................................ 134Réabsorption de leau et concentration rénale des urines ................................................................................... 136Équilibre hydrique dans lorganisme .................................................................................................................... 138Contrôle hormonal de léquilibre hydro-électrolytique .......................................................................................... 140Troubles de léquilibre hydro-électrolytique .......................................................................................................... 142Diurèse et substances à action diurétique ........................................................................................................... 142Rein et équilibre acido-basique ........................................................................................................................... 144Métabolisme et excrétion de lazote .................................................................................................................... 146Régulation du bilan potassique ........................................................................................................................... 148Minéralocorticoïdes ............................................................................................................................................. 150 2+Excrétion du Ca et du phosphate .................................................................................................................... 151Système rénine-angiotensine ............................................................................................................................. 152
    • Cœur et Circulation ......................................................................................................................................... 154Système cardiocirculatoire ................................................................................................................................ 154Le réseau vasculaire ......................................................................................................................................... 156Echanges liquidiens à travers les parois capillaires .......................................................................................... 158Pression sanguine ............................................................................................................................................ 160Les phases du fonctionnement cardiaque (le cycle cardiaque) ………………………………………………….... 162Electrophysiologie cardiaque ............................................................................................................................ 164Modifications et perturbations de lexcitabilité cardiaque .................................................................................. 164Lélectrocardiogramme ...................................................................................................................................... 168Troubles du rythme cardiaque (arythmies) ....................................................................................................... 174Régulation de la circulation ................................................................................................................................ 176Hypertension ...................................................................................................................................................... 180Relations pressions-volume ventriculaires ......................................................................................................... 182Adaptation du cœur aux modifications du remplissage ..................................................................................... 184Les veines .......................................................................................................................................................... 184Le choc circulatoire ............................................................................................................................................ 186Débit et métabolisme myocardique .................................................................................................................... 188Mesure du débit ................................................................................................................................................. 188La circulation chez le fœtus ............................................................................................................................... 190Équilibre thermique et Thermorégulation ..................................................................................................... 192Bilan des échanges thermiques ......................................................................................................................... 192Régulation de la température ............................................................................................................................. 194Nutrition et Digestion ....................................................................................................................................... 196Nutrition .............................................................................................................................................................. 196Métabolisme et calorimétrie ................................................................................................................................ 198Le tractus digestif ................................................................................................................................................ 200Débit sanguin intestinal ....................................................................................................................................... 200Système de défense gastrointestinal ................................................................................................................... 200Salive ................................................................................................................................................................... 202Déglutition ............................................................................................................................................................ 204Vomissement ....................................................................................................................................................... 204Estomac : structure et motilité .............................................................................................................................. 206Suc gastrique ........................................................................................................................................................ 208Intestin grêle : structure et motilité ........................................................................................................................ 210Suc pancréatique et bile ....................................................................................................................................... 212Fonction dexcrétion du foie, formation de la bile .................................................................................................. 214Excrétion de la bilirubine. Ictère ............................................................................................................................ 216Digestion des lipides .............................................................................................................................................. 218Absorption des lipides et métabolisme des triglycérides ....................................................................................... 220Lipoprotéines, cholestérol ...................................................................................................................................... 222Digestion des glucides et des protéines ................................................................................................................. 224Absorption des vitamines ....................................................................................................................................... 226
    • Réabsorption de leau et des substances minérales ................................................................................................ 228Côlon, rectum, défécation, fèces .............................................................................................................................. 230Bactériémie intestinale .............................................................................................................................................. 230Système endocrinien et Hormones ....................................................................................................................... 232Mécanismes dintégration de lorganisme ................................................................................................................ 232Les hormones ........................................................................................................................................................... 234Régulation par rétroaction. Principes daction des hormones ................................................................................... 238Système hypothalamo -hypophysaire ....................................................................................................................... 240Transmission cellulaire du message hormonal ......................................................................................................... 242Métabolisme des hydrates de carbone. Hormones pancréatiques ……………………………………………………... 246Hormones thyroïdiennes .......................................................................................................................................... 250Régulation du calcium et du phosphate ................................................................................................................... 254Métabolisme osseux ................................................................................................................................................ 256Biosynthèse des hormones stéroïdiennes ............................................................................................................... 258Corticosurrénale : glucocorticoïdes ......................................................................................................................... 260Cycle menstruel ...................................................................................................................................................... 262Régulation de la sécrétion hormonale pendant le cycle menstruel ……………………………………………………. 264Prolactine ................................................................................................................................................................ 264Œstrogènes ............................................................................................................................................................. 266Progestatifs ............................................................................................................................................................. 267Régulation hormonale de la grossesse et de laccouchement ……………………………………………………........ 268Androgènes, fonction testiculaire, éjaculation. ........................................................................................................ 270Système nerveux central et Organes des sens ................................................................................................. 272Structure du système nerveux central .................................................................................................................... 272Le liquide céphalorachidien .................................................................................................................................... 272Perception et traitement des stimulations .............................................................................................................. 274Les récepteurs de la peau. La douleur .................................................................................................................. 276Sensibilité profonde. Réflexes proprioceptifs ........................................................................................................ 278Réflexes extéroceptifs ........................................................................................................................................... 280Mécanismes dinhibition dans la transmission nerveuse ....................................................................................... 280Transmission centrale des stimulations sensorielles ............................................................................................ 282Motricité posturale ................................................................................................................................................. 284Rôle du cervelet .................................................................................................................................................... 286Motricité dirigée ou volontaire ................................................................................................................................ 288Hypothalamus. Système limbique. Cortex associatif ............................................................................................. 290Electroencéphalogramme. Comportement éveil-sommeil ……………………………………………………….......... 292La conscience, le langage et la mémoire ............................................................................................................... 294Lolfaction ............................................................................................................................................................... 296La gustation ........................................................................................................................................................... 296Léquilibration ......................................................................................................................................................... 298Structure de lœil. Sécrétion lacrymale, humeur aqueuse ..................................................................................... 300Lappareil optique de lœil ....................................................................................................................................... 302Acuité visuelle. Photorécepteurs rétiniens .............................................................................................................. 304
    • Adaptation de lœil à des niveaux déclairement différents ................................................................................... 306Vision des couleurs ............................................................................................................................................... 308Champ visuel. Voies optiques ............................................................................................................................... 310Traitement du stimulus visuel ................................................................................................................................ 312Mouvements oculaires. Perception de la profondeur et du relief .......................................................................... 314Physique de lacoustique. Stimulus sonore et perception auditive …………………………………………………... 316Réception et transmission des sons. Récepteurs auditifs ..................................................................................... 318Elaboration des sons au niveau central ................................................................................................................ 322Voix et parole ........................................................................................................................................................ 324Appendice ............................................................................................................................................................ 326Unités et mesures en physiologie et en médecine ................................................................................................ 326Mathématiques en physiologie et en médecine ..................................................................................................... 330Puissances et logarithmes ..................................................................................................................................... 330Représentation graphique des mesures ................................................................................................................ 331pH, pK, tampon ...................................................................................................................................................... 333Osmolalité. osmolarité. pression aortique et oncotique ......................................................................................... 335Ouvrages à consulter .......................................................................................................................................... 337
    • Principes de base 1"... Si lon décompose lorganisme vivant en isolant ses diverses parties, ce nest que pour la facilité delanalyse expérimentale, et non point pour les concevoir séparément. En effet, quand on veut donner àune propriété physiologique sa valeur et sa véritable signification, il faut toujours la rapporter àlensemble et ne tirer de conclusion définitive que relativement à ses effets dans cet ensemble." Claude Bernard (1865) Le corps humain : un système nutriments et le rejet des substances ouvert avec un milieu interne habituelles de déchets ne provoquent pas de modification appréciable dans la composition La vie dans sa plus simple expression est de lenvironnement cellulaire. Néanmoins, parfaitement illustrée par lexemple dun même cet organisme est capable de réagir à organisme unicellulaire. Afin de survivre, des modifications du milieu, par exemple à des lorganisme, même le plus rudimentaire, doit changements de concentration en nutriments. Il faire face à des exigences apparemment se déplace à laide dun pseudopode ou dune opposées. Dune part, il doit se protéger des flagelle. perturbations de lenvironnement, dautre part, Lévolution dun être unicellulaire vers un animal comme tout système ouvert (cf. p. 19 et suiv.) multicellulaire, la spécialisation des groupes il est dépendant des échanges de chaleur, cellulaires en organes, le développement doxygène, de nutriments, de déchets et dêtres hétérosexués et possédant une certaine dinformation avec son environnement. forme de vie sociale, le passage de la vie aquatique à la vie terrestre, amènent une Le rôle de défense est principalement dévolu à augmentation de lefficacité, des chances de la membrane cellulaire, dont les propriétés survie. du rayon dactivité et dindépendance de hydrophobes empêchent le mélange létal des lorganisme. Ceci ne peut être réalisé que par le constituants hydrophiles du milieu intracellulaire développement simultané de structures avec ceux du milieu extracellulaire. La complexes à lintérieur de lorganisme. Pour perméabilité de la barrière membranaire à survivre et assurer leurs fonctions, les cellules certaines substances est assurée soit par individuelles de lorganisme requièrent un milieu lintermédiaire de pores, soit par des molécules interne de composition proche de celle du protéiques de la membrane cellulaire appelées milieu aquatique primitif. Le milieu est mainte- transporteurs (cf. p. 10 et suiv.). La nant assuré par le liquide extracellulaire (A), perméabilité aux gaz de la membrane cellulaire mais son volume nest pas comparativement est relativement bonne. Bien que ce soit un aussi grand. En raison de leur activité avantage pour les échanges vitaux d02 et de métabolique, les cellules doivent extraire COi. cela signifie aussi que la cellule est à la loxygène et les substances nutritives de ce merci dune intoxication gazeuse, par exemple liquide et y rejeter des déchets ; lespace par le monoxyde de carbone. La présence de extracellulaire va être inondé de ces tels gaz. à concentration élevée, dans le milieu substances si lorganisme na pas développé externe ou dagents lipophiles comme les dorganes spécialisés, entre autres choses, solvants organiques, représente une menace à pour prélever, métaboliser, transformer, stocker la survie cellulaire. les nutriments, extraire loxygène du milieu et Pour percevoir les signaux de lenvironnement, évacuer les déchets du métabolisme. Les la membrane cellulaire dispose de certaines dents, les glandes salivaires, lœsophage, protéines agissant comme récepteurs et qui lestomac, lintestin et le foie, les poumons, les transmettent linformation à lintérieur de la reins et la vessie sont tous également cellule. Seules les substances lipophiles impliqués. peuvent traverser la membrane sans cet La spécialisation des cellules et des organes intermédiaire et se combiner avec leurs pour des fonctions particulières requiert une récepteurs protéiques spécifiques intégration. Celle-ci est assurée par intracellulaires. convection, sur de longues distances, au Un organisme unicellulaire, dans lenvi- moyen dinformations humorales transmises par ronnement aquatique originel (A), ne peut être le système circulatoire et de signaux électriques envisagé que si ce milieu est plus ou moins par le système nerveux. De plus, pour assurer constant. Lextraction des lapport nutritif et lévacuation des .
    • déchets et contribuer ainsi au maintien du milieu intérieur même dans les situations durgence, les mêmes mécanismes contrôlent et régulent les fonctions nécessaires à la survie au sens large du terme. par ex. survie de lespèce. Ceci comprend non seulement le développement opportun des organes reproducteurs et la disponibilité de cellules sexuelles matures au moment de la puberté, mais aussi le contrôle de lérection, de léjaculation, de la fertilisation et de la nidification, la coordination des fonctions des organismes maternel et fœtal durant la grossesse, et la régulation des mécanismes intervenant lors de la parturition et de la période de lactation. Le système nerveux central traite dune part les signaux provenant des récepteurs périphériques, des cellules sensorielles et des organes, active dautre part les effecteurs comme les "muscles squelettiques et influence les glandes endocrines ; il joue aussi un rôle décisif lorsque la conduite ou la pensée hu- maine sont engagées dans une discussion. Il est impliqué non seulement dans la recherche de nourriture et deau, la lutte contre le froid et le chaud, le choix dun partenaire, les soins à apporter à ses descendants même longtemps après leur naissance, et leur intégration dans la vie sociale, mais aussi dans la recherche de lorigine des mots. des expressions et leur association avec certains termes comme leA. Le milieu dans lequel vivent les cellules. désir, labsence de désir, la curiosité, la joie, la(1) La première cellule provient du milieu colère, la crainte et lenvie aussi bien que dansaquatique primitif. Les organismes la créativité, la découverte de soi et launicellulaires échangeaient des substances responsabilité. Cependant cet aspect dépasseavec le milieu marin, mais sans modification les limites de la physiologie au sens strict duappréciable de sa composition compte tenu de terme comme science des fonctions delimmensité de locéan. lindividu, laquelle est le sujet de cet ouvrage. Léthologie, la sociologie et la psychologie sont(2) Les cellules de lorganisme humain « quelques-unes des disciplines qui avoisinent labaignent » dans le milieu extracellulaire (LEC), physiologie, bien que des liens certains entredont le volume est plus faible que le volume ces matières et la physiologie aient été établiscellulaire (cf. p. 138).. Ce « milieu interne » sera dans des cas exceptionnels.très rapidement altéré si lespace entre lescellules nest pas relié, au moyen du fluxsanguin, aux organes et systèmes assurant le La cellulerenouvellement des substances nutritives, desélectrolytes et de leau, et lexcrétion des Théorie cellulaire :produits du catabolisme dans les selles et les 1. Tous les organismes vivants sont composésurines. La régulation du « milieu intérieur » est de cellules et de leurs constituants.surtout assurée par les reins (H2Û et 2. Toutes les cellules sont semblables dans leurélectrolytes) et par la respiration (02. CÛ2). Les structure chimique.constituants du LEC sont sans cesse évacuésau moyen des poumons (H20) et de la peau 3. Les nouvelles cellules sont formées par(N20 et électrolytes). division cellulaire à partir de cellules existantes.
    • Principes de base 3 Le processus de la synthèse protéique est4. Lactivité dun organisme est la somme des activités fondamentalement un transfert dinformation. Inscriteet interactions de ses cellules. initialement dans les gènes (ADN) sous forme dunLa cellule est la plus petite unité des êtres vivants. polynucléotide. cette information va permettre laUne membrane cellulaire délimite lextérieur de lacellule; à lintérieur se trouve le cytoplasme cellulaire formation de protéines qui sont des regroupementset les structures subcellulaires, ou organites dacides aminés. On a estimé quune cellule typecellulaires eux-mêmes entourés dune membrane. synthétise, durant sa vie, environ 100000 protéinesLes cellules peuvent être décrites comme pro- différentes.karyotes ou eukaryotes. Les cellules des prokaryotes, Le nucléole contient lacide ribonucléiquecomme celles des bactéries, ont une organisation (ARN), et également de lARN messagerinterne assez simple et aucune membrane nentoureles organites cellulaires. (ARNm). LARNm transmet linformationLes organites de la cellule eukariote sont hautement génétique reçue de lADN {transcription} auxspécialisés : le matériel génétique de la cellule est ribosomes, où linformation est utilisée dans leconcentré dans le nucléus, les enzymes digestives processus de synthèse protéiquedans les lysosomes. la production oxydative dadé- (translocation). LARNm et les autres grossesnosine triphosphate (ATP) se fait dans les molécules passent à travers la membranemitochondries. enfin la synthèse protéique seffectue nucléaire constituée de deux feuillets (A) pardans les ribosomes. les pores nucléaires. LARN de transfert (ARNt)En dépit dune spécialisation partielle des cellules de transporte les divers acides aminés lors de lalorganisme, leurs éléments constitutifs, les organitescellulaires, synthèse des protéines qui nécessiteont de nombreux points communs. également la présence dARN ribosomalLe noyau cellulaire comprend le suc nucléaire (ARNr).(nucléoplasme), les granulations de chromât/ne et les La première étape de la synthèse protéique requiert lanucléoles. La chromatine contient le support de linfor- formation dARN dans le noyau (transcription) enmation génétique : lacide désoxyribonucléique (ADN). accord avec linformation contenue dans les gènesDeux chaînes dADN (formant une double hélice (ADN). Chaque acide aminé (par ex. la lysine)pouvant atteindre jusquà 7 cm de long) sont impliqué dans la synthèse dune protéine est codé par trois bases (dans cet exemple -C-T-T-). Ceci forme leenroulées et pliées pour constituer les chromosomes codogène. Pendant la transcription, le tripletqui ont 10 µm de longueur. complémentaire de base (-G-A-A-), le codon, estLe noyau des cellules humaines contient 46 fabriqué pour servir dARNm (messager). La formationchromosomes : 2 X 22 autosomes et 2 chromosomes dARN est contrôlée par une polymérase, dont lactionX chez la femme ou / chromosome X et 1 Y chez est normalement inhibée par une protéine répressive située sur tADN. La polymérase est réactivée lorsquelhomme. lagent répresseur est inhibé (dérépression). CeLacide désoxyribonucléique (ADN) est une longue précurseur de lARNm subit des modifications,chaîne moléculaire composée de quatre différents coupures et additions de différents segments à sesnucléotides : ladénosine, la thymidine, la guanosine et extrémités, lors dune seconde étape intranucléairela cytidine. Son squelette est composé de sucres, les appelée modification posttranscriptionnelle.pentoses désoxyribose, et de résidus dacides LARNm sattache ensuite aux poly-ribosomes ouphosphoriques, avec des chaînes latérales polysomes intracytoplasmiques et permetcomposées à partir des bases suivantes : adénine, lassemblage des acides aminés (polymérisation)thymine, guanine, et cytosine respectivement. La amenés vers lui par lARNt. Les anticodons que cetséquence darrangement ou de regroupement des ARNt possède, sur son extrémité active, vontbases puriques constitue le code génétique. Les sapparier avec le codon (3 bases) complémentaire dedeux chaînes dADN formant une double hélice sont lARNm (-C-U-U- dans lexemple précédent). La ca-reliées entre elles par des ponts hydrogènes entre dence dassemblage des acides aminés estbases appariées, sachant que ladénine ne se lie quà approximativement de quatre à huit acides aminés parla thymine. la guanine seulement à la cytosine. La seconde. Cette étape, la translation, se termine par lacomposition des nucléotides formant les deux chaînes formation dune chaîne polypeptidique. La dernièreest dès lors complémentaire. larrangement dune étape, ou modification posttranslationnelle,chaîne déterminant la structure de lautre, si bien comporte la séparation des chaînes ou se trouvequune chaîne peut servir de substrat (template) pour la nouvelle protéine , la modification de certainsla synthèse dune chaîne complémentaire contenant la acides aminés dans la chaîne , par exemple lamême information. LARN est formé dune seule carboxylation des résidus glutamate enchaîne, mais le ribose remplace le désoxyribose et agrégats protéiques (cf. p. 74), enfin le plissementluracile remplace la thymine. de la protéine dans sa configuration type. La protéine
    • 4 Principes de base concentre et les englobe dans une membrane.synthétisée est alors emmenée jusquà son site Les grains de sécrétions formés migrent versdaction, par exemple le noyau, les organites la périphérie de la cellule (B) et sont déverséscellulaires ou en dehors de la cellule dans le dans le milieu extracellulaire par exocytosesang. (par ex. sécrétion dhormones; cf. p. 240), quiLe réticulum endoplasmique granulaire est un mécanisme énergie-dépendant.(REG) (B-C) est constitué de vésicules aplaties, Lendocytose est le mécanisme inverse dedont les cavités {citernes) reliées entre elles transport par lequel le matériel de gros volume,constituent une sorte de réseau de ça na lieu soit solide soit en solution (pinocytose), peutles à travers la cellule. Les protéines formées entrer dans la cellule (cf. p. 12).au niveau des ribosomes sont avant tout Les mitochondries (B et C) sont essentiellestransportées dans les vésicules qui se sont pour la cellule. Elles contiennent des enzymesdétachées du REG (cf. ci-dessous). Les du cycle de lacide citrique (cycle de Krebs) etribosomes sont généralement fixés à de la chaîne respiratoire. Elles sont le lieulextérieur du REG (doù le nom de RE rugueux principal des réactions oxydatives qui libèrentou granulaire, cf. B et C). Le RE sans de lénergie. Lénergie ainsi produite estribosomes est appelé RE lisse. Cest à son accumulée dans un premier temps sous formeniveau que se fait surtout la synthèse des chimique dans la molécule dadénosinelipides (comme les lipoprotéines, cf. p. 220 et triphosphate (ATP). La synthèse dATP est lesuiv.). Lappareil de Golgi (B-C) est constitué plus important pourvoyeur en sources dénergiede saccules aplatis et empilés ; de la péri- immédiatement disponibles par lorganisme ; laphérie, des vésicules se détachent par dégradation ou hydrolyse de lATP par diversesbourgeonnement. Il participe essentiellement enzymes (phosphatases, ATPases) libèreaux processus de sécrétion : lénergie utilisée dans les réactions cellulaires.par exemple, il stocke des protéines issues du Les mitochondries contiennent également desREG, il synthétise les polysaccharides, les ribosomes et peuvent synthétiser certaines protéines.
    • Principes de base 5Les cellules ayant un métabolisme intense, culairement à la surface {crêtes}. Contrai-par exemple les cellules hépatiques ou les rement à la membrane externe, la membranecellules épithéliales, spécialisées dans le interne est très dense et ne laisse passertransport (C), sont riches en mitochondries. que les substances pour lesquelles existentLes mitochondries sont délimitées par une des mécanismes de transport actifs (cf. p.membrane externe continue, doublée dune 11); (malate, pyruvate, citrate, Ca2+,membrane interne qui sinvagine perpendi- phosphate. Mg2+ ; etc.; H).
    • 6 Principes de baseLes lysosomes sont des vésicules en- plusieurs lysosomes ainsi quun cytolysome ouzymatiques. Ils proviennent le plus souvent du vacuole autophagique, des appareils de Golgi,RE ou de lappareil de Golgi {lysosomes le réticulum endoplasmique granulaire (REG)primaires} et servent au transport des protéines parsemé de ribosomes, des ribosomes libres etet à la digestion des substances qui ont été la limite entre deux cellules. La jonction descaptées dans la cellule par phagocytose (cf. p. deux cellules est relativement étroite au niveau12 et suiv.) ou par pinocytose (cf. p. 129, D). de la zonula occludens (« jonction étanche » =(phagolysosomes. lysosomes secondaires; B). jonction serrée). Les noyaux cellulaires sont enLa digestion des organites de la cellule a lieu dehors du cliché.également dans ces vésicules {vacuolesautophages ou de cytolyse}. Les éléments «indigestes » sont à nouveau transportés vers la Les mécanismes de transport :périphérie de la cellule et rejetés hors de celle-ci un processus fondamental pour les(exocytose, B). êtres vivantsLes centrioles interviennent lors de la division Comme nous lavons décrit précédemment. lecellulaire ; les microtubules assurent surtout la milieu intracellulaire est protégé du fluiderigidité de la cellule et prennent également une extracellulaire, dont la composition est trèspart importante dans dautres fonctions différente, grâce à la membrane cellulairecellulaires. lipophile. Ainsi, grâce à lénergie fournie par leLa membrane cellulaire, quelle soit lisse ou métabolisme, il est possible de maintenir lainvaginée (par ex. bordure en brosse et région composition du milieu intracellulaire pourbasale ; C), est constituée de phospholipides, assurer la vie et la survie cellulaire. Les pores,de cholestérol et dautres lipides, dont les pôles les transporteurs, les pompes ioniques et leshydrophobes (qui repoussent leau) se font face mécanismes cytosiques rendent possible ledans une double couche, alors que les pôles transport transmembranaire des substanceshydrophiles (qui aiment leau) sont tournés vers spécifiques, que ce soit labsorption desle milieu aqueux. Cette membrane lipidique substrats nécessaires au métabolismecontient des protéines (en partie mobiles, cf. p. cellulaire, le rejet des produits du métabolisme242) dont une fraction traverse entièrement la intermédiaire ou terminal, ou le transport dirigédouble couche lipidique (A) et joue le rôle de des ions, lesquels permettent létablissement dupores pour le passage des ions polaires (et potentiel cellulaire qui est à la base dedonc hydrophiles; F). Des « trous » peuvent lexcitabilité des cellules nerveuses etparfois se former pendant un court laps de musculaires. Les conséquences de lentrée outemps dans la membrane ; ces « trous », qui de la sortie de substances pour lesquelles lasont délimités par les pôles hydrophiles des membrane cellulaire nest pas une barrièrelipides se faisant face, ne jouent probablement efficace (par ex. pour leau et le CÛ2) peuventpas un rôle majeur pour le passage des être contrecarrées ou au moins amoindries parsubstances polaires. le transport dautres substances. Une régulationLa membrane cellulaire assure entre autres la de ce type empêche les variations indésirablesprotection du milieu intracellulaire contre le du volume cellulaire et assure la stabilité du pH.milieu extracellulaire, le transport de substances Comme la cellule est entièrement divisée en(voir ci-dessous), la reconnaissance des compartiments (en relation avec leurs contenus)hormones (cf. p. 234 et suiv.) et la cohésion des par les diverses membranes des organitescellules entre elles. cellulaires, il existe également une grandeLe cliché de la planche C montre des cellules richesse de systèmes spécifiques dedu tube proximal dun rein de rat. La membrane transport. On peut citer comme exemplesde cette cellule spécialisée dans la fonction de lARN de transfert, lhormone de transport dutransport (cf. p. 126 et suiv.) est multipliée par noyau cellulaire, la protéine de transport du30 à 60 environ du fait de son invagination aussi réticulum sarcoplasmique granuleux versbien du côté de la lumière du tubule {bordure en lappareil de Golgi, la captation active et labrosse} que du côté sanguin {région basale}. libération du Ca2+ dans et hors du réticulumOn reconnaît aussi de nombreuses sarcoplasmique, les processus de transportmitochondries (siège de la production dATP qui spécifique dans les mitochondries (H) et lefournit ici lénergie pour les processus de transport actif dans les fibres nerveuses (cf. p.transport actif). 22) sur des distances allant jusquà 1 mètre.
    • Principes de base 7D. Une gap junction comporte des canaux de communication entre cellules adjacentes (par ex. dans le muscle lisse, lesépithélium. les cellules gliales, le foie). (1) Image en microscopie électronique de deux cellules hépatiques dont les membranescellulaires sont en contact au moyen dune gap junction. (2) Schéma représentant les canaux. (3) Un complexe globulaireprotéique (connexon) dune cellule 1 est connecté bord à bord avec un complexe similaire dune cellule 2 par un fin canal detelle manière que les espaces cytoplasmiques des deux cellules soient connectés. (4) Une unité globulaire (connexon) estformée de 6 sous-unités, chacune ayant une masse moléculaire de 27 kD. Les parties terminales des chaînes peptidiquesmettent en contact leur propre cytoplasme, tandis que les deux boucles de la chaîne connectent lune lautre leur connexon àlautre extrémité. La partie de la chaîne colorée en bleue en (4) forme la paroi du canal, (dapr ès W. H. Evans, BioEssays, 8 : 3 -6, 1988).Chez les organismes multicellulaires, le couplage électrique (ionique) par exemple, per-transport seffectue entre cellules proches, met à lexcitation des cellules musculaires lisses de sétendre aux cellules voisines, ce qui créesoit par diffusion à travers lespaceextracellulaire (action de lhormone paracrine). une vague dexcitation se propageant à lorganesoit à travers des passages appelés « gap tout entier (estomac, intestin, canalicules bi-jonctions », qui sont caractérisés par une liaires, utérus, uretère etc ; voir également pageintégrité de deux cellules voisines (D). Les gap 44). La présence de gap junctions permetjunctions permettent le passage de substances également aux cellules gliales et épithéliales dassurer ensemble et harmonieusement leursde masse moléculaire allant jusquà plusieurscentaines de Dalton. Les ions peuvent fonctions de transport et de barrage (voir ci-également utiliser cette voie, les cellules étant dessous). Si, cependant, la concentration en Ca2+ augmente dans lun des constituantsdun point de vue fonctionnel intimementassociées (on parle de syncitium). On peut cellulaires, comme par exemple dans le cas extrême dune membrane de fuite, les gap junctionsciter comme exemples lépithélium (voir ci- se ferment. En dautres termes, dans lintérêt dedessous), le muscle lisse et les cellules glialesdu système nerveux central (CNS). JLQ
    • 8 Principes de base Les grosses molécules peuvent traverser la barrière endothéliale des parois vasculairestoutes les fonctions, chaque cellule est sanguines par une combinaison dendocytoseautorisée à combattre ses propres problèmes. dun côté et dexocytose de lautre côté, aussi bien que par transcytose (cf. p. 13), mais dansTransport transcellulaire ce cas le transport paracellulaire à travers lesChez les organismes multicellulaires, le rôle de jonctions intercellulaires semble jouer quanti-la membrane cellulaire en tant que protection ou tativement un rôle plus important. Lesbarrière entre lintérieur et lextérieur est souvent macromolécules anioniques comme lalbumine,assuré par le regroupement de cellules de qui sont indispensables dans le milieu sanguinmôme fonction. Les épithélium (de la peau, de en raison de leur propriété oncotique (cf. p.lappareil digestif, du tractus urogénital, de 158), sont maintenues sur les parois épithélialeslappareil respiratoire, etc.), les endothélium par des charges électriques.vasculaires et les cellules gliales du SNC Enfin, il y a nécessairement des transports àconstituent des ensembles protecteurs de ce longue distance dun organe vers un autre ettype. Ils séparent le compartiment de différents organes vers le milieu environnant.extracellulaire dautres milieux de composition Le moyen de transport principal utilisé dans dedifférente formant lenvironnement naturel de telles situations est la convection. Leslorganisme, comme lair (épithélium cutané et échanges entre organes seffectuent parbronchique), les contenus de lappareil digestif lintermédiaire des voies sanguine et(estomac, intestin), les espaces contenant la lymphatique ; les échanges avec lenvi-bile ou lurine (vésicule biliaire. vessie, tubule ronnement sont réalisés au moyen du courantrénaux) lhumeur aqueuse des yeux, le liquide gazeux dans lappareil respiratoire, du fluxcérébrospinal (barrière entre le sang et le urinaire dans les reins et le tractus urinaire, etliquide céphalorachidien), le milieu sanguin par transport liquidien à travers le tractus(endothélium) et le milieu extracellulaire du digestif (bouche-estomac-intestin).système nerveux central (barrière Les chapitres suivants décrivent brièvement lescérébroméningée). Néanmoins, certaines types, phénomènes et lois qui régissent lessubstances doivent être transportées à travers mécanismes de transport, et leur significationces barrières ; ce déplacement seffectue par fonctionnelle pour lorganisme.transport transmembranaire, lentrée dun ionou dun composé dans la cellule est combinée Transport passifau mouvement dun autre composé en sens La diffusion dune substance est un processusinverse. Plusieurs autres cellules (par exemple de transport fondamental. Elle peut se produireles globules rouges) dont la membrane lorsque la substance est plus fortementplasmatique présente des propriétés uniformes concentrée dans le milieu de départ que dans lele long de sa circonférence, comme les cellules milieu darrivée, cest-à-dire lorsquil existe unépi- ou endothéliales, sont concernées par ces gradient de concentration.mécanismes (cf. C) ; ce sont des cellules Par exemple, lorsque lon pose des fleurs surpolarisées. une table dans une pièce, leur parfum seLe transport de substances peut se faire non répand dans la pièce (même sans courantseulement à travers la membrane des cellules dair!), autrement dit le parfum diffuse demais également entre cellules : lendroit où il est le plus concentré (fleurs) verson parle alors de transport paracellulaire ou lendroit où il est le moins concentrétransépithélial. Quelques épithélium (par ex. (environnement).celui de lintestin grêle et celui du tubule rénal Une diffusion unidirectionnelle peut se faire enproximal) sont à cet égard relativement labsence de différence de concentration. Dansperméables ou totalement perméables, alors ce cas, la valeur de cette diffusion est la mêmeque dautres le sont moins (par ex. au niveau du dans toutes les directions et la diffusion nettetubule distal ou du côlon). Cette plus ou moins est alors égale à zéro.grande perméabilité dépend de létat des «jonctions serrées » (C) par lesquelles les Dans lair (et dune façon générale danscellules adhèrent les unes aux autres. La les gaz) ce processus de diffusion sebordure cellulaire et son degré de perméabilité déroule relativement vite, mais il est plus(qui peut, par exemple, être spécifique auxcations) sont des éléments fonctionnels lent dans les liquides et en particulier dansimportants de lépithélium. lorganisme. Le temps de diffusion néces-
    • 10 Principes de base plasmatique joue aussi un rôle important lors de ladministration de médicaments. car la fractionde la ventilation pulmonaire (cf. p. 78 et suiv.). de ces médicaments liée aux protéines nest nide lélimination de lurine et des fèces, etc. pharmacologiquement active ni filtrablePar exemple, lors du transport du gaz carbonique (cf. (élimination urinaire retardée), et par ailleursp. 96), diffusion et transfert alternent : elle peut agir comme allergène (cf. p. 72).diffusion des tissus vers le sang, transfert sanguin destissus vers le poumon, diffusion du sang vers lair Des substances dissoutes peuvent être «alvéolaire, transfert de cet air des alvéoles vers entraînées » lors du passage de leau à traverslextérieur. lépithélium (paroi intestinale, tubule rénal). On parle alors dun transport par « solvent drag ».On parle de convection (cf. p. 192 et suiv.) lors La quantité de matière dissoute ainsidu transport de lénergie thermique par le transportée dépend, outre du débit de leau etsang et lors du rejet de la chaleur sous forme de la concentration de matière, de la facilitédair réchauffé. avec laquelle les particules de matière traversent les pores de la membrane ou de laUn autre mécanisme de transport, la filtration, quantité de particules qui ne traversent pas lase produit au niveau des différentes membranes membrane, les particules étant donc «de lorganisme. à condition que la membrane réfléchies ». On parle alors de coefficient desoit perméable à leau. Si un gradient de pres- réflexion σ. Pour les grosses molécules quision apparaît entre les deux faces de la sont totalement réfléchies, autrement dit qui nemembrane (par exemple une pression sanguine peuvent être transportées par « solvent drag »,relativement élevée dans les capillaires σ est égal à 1 et pour les molécules plus petitessanguins et une faible pression dans lespace a est inférieur à 1. Par exemple. lurée dans leinterstitiel, cf. p. 158), le liquide est alors tube proximal du rein a un coefficient deexpulsé à travers la membrane. Les substances réflexion σ = 0,68.pour lesquelles les pores de la membrane sonttrop petits ne traversent pas, par exemple les Pour les particules de matière chargées électriquement (ions), une différence deprotéines dans les capillaires sanguins, tandis potentiel, en particulier au niveau duneque dautres substances de taille moléculairemoindre (Na+. Cl-) sont filtrées avec leur solvant membrane cellulaire, peut constituer une formeà travers la membrane et sont donc soumises à de transport (cf. p. 14) :une sorte de transfert (cf. ci-dessous). De les ions positifs (cations) migrent alors vers lenombreuses substances de petite taille pôle négatif de la membrane et les ions négatifsmoléculaire, qui. en elles-mêmes, peuvent être (anions) vers le pôle positif. Mais pour que cefiltrées, se lient aux protéines du plasma : cette type de transport soit effectif, il faut que cetteliaison est appelée liaison plasmatique ou membrane soit perméable à lion concerné, celiaison protéique. Elle empêche plus ou moins qui est déterminé par le coefficient de perméabi-la filtration de ces substances, en particulier au lité P (cf. p. 9).niveau du glomérule rénal (cf. p. 126 et suiv.). La quantité dions transportée par unité deIllustrons ceci par un exemple : lors du passage rénal, 20% temps dépend, outre du coefficient deenviron du liquide plasmatique et donc aussi 20 % dunesubstance filtrable sont filtrés par le glomérule rénal. Mais si perméabilité membranaire de cet ion, de lacette substance est liée pour 9/10e aux protéines charge (z) de lion, de la différence de potentielplasmatiques, seul 1/10 e peut être filtré, ce qui signifie que et de la valeur moyenne de la concentration2 % seulement sont filtrés à chaque passage rénal. ionique (cest-à-dire de lactivité ionique (c), cf. p. 9) de part et dautre de la membrane. PlusLa liaison protéique a plusieurs fonctions : a) elle simplement, la perméabilité ionique duneempêche lélimination de nombreuses substances (par membrane peut être définie par la conductanceexemple lhème), b) elle constitue la forme de électrique g (cf. p. 9). Si lon introduit g à latransport de certaines substances (par exemple le place de la résistance dans la loi dOhm, on obtient (cf. aussi P. 14) :fer), c) elle constitue un « stock » immédiatement gion = courant ionique/potentiel dentraînement (4).disponible dions plasmatiques importants (Ca2+,Mg2+), etc. Du point de vue médical , la liaison On entend par diffusion facilitée un transport passif « facilité » par un transporteur situé dans la membrane. Etant donné que les substances biologiquement im-
    • Principes de base 11portantes sont pour la plupart polaires et que, qui doit être maintenue indirectement par unde ce fait, leur simple diffusion (cf. p. 8) à mécanisme de transport actif de Na+ àtravers la membrane serait trop lente, il existe différents endroits de la membrane cellulaire.pour un certain nombre de substances, glucose. Ce mécanisme est appelé cotransportNa+, etc., des protéines situées dans la (simport) si la substance impliquée est déplacéemembrane - précisément les transporteurs - qui dans le même sens que lion moteur (parfixent la molécule à transporter dun côté de la exemple le Na+ avec le glucose) ou contre-membrane et sen séparent de lautre côté. On transport (antiport) si le gradient de Na+, dansne sait pas si le transporteur diffuse à travers la ce cas, déplace lion H+ dans le sens opposé.membrane, sil pivote ou sil modifie sa Citons comme exemple de transports actifs primairesconformation. Ce type de transport par ou secondaires lexcrétion du Na+, du glucose et destransporteurs est saturable et spécifique pour acides aminés par le tubule rénal (cf. p. 126 et suiv.),des substances ayant une étroite analogie destructures (on parle dinhibition compétitive). labsorption de ces substances à partir de lintestinIl se distingue du transport actif (cf. ci-dessous) (cf. p. 224 et suiv.), la sécrétion de lacidepar le fait quil sagit dun transport « selon » un chlorhydrique dans lestomac (cf. p. 208). le transportgradient électrochimique (cf. p. 14). du Na+ au niveau de la cellule nerveuse (cf. p. 24 et suiv.), etc. Ces mécanismes de transport actif pré- sentent les caractéristiques suivantes .Transport actif • ils sont saturables, autrement dit ils ne peuventDans lorganisme, le transport des substances assurer quun taux de transport maximal déterminése fait aussi et surtout contre un gradient de (cf. réabsorption du glucose dans le rein, p. 128),concentration et/ou contre un gradientélectrique (potentiel). • ils sont plus ou moins spécifiques, ce qui signifie que seules certaines substances de structure chimiqueCeci ne peut seffectuer par le transport passif analogue sont transportées par un système (cf.décrit ci-dessus (qui se fait dans le sens ducourant, cest-à-dire « selon » un gradient), mais fonction dépuration du foie, p. 214 et suiv.),seulement par des mécanismes de transport • ces substances analogues sont souvent plus ouactif. Ceux-ci nécessitent de lénergie, car ils moins bien transportées, ce qui signifie quellesdoivent transporter les substances contre un possèdent une affinité différente (~ 1/Km; cf. ci-gradient. Une partie importante de lénergie après) pour le système de transport,chimique apportée à lorganisme sous formedaliments est transformée en composés riches • ils sont perturbés lorsque l’apport dénergieen énergie et utilisables par tous les êtres cellulaire est défaillant.vivants (par exemple lATP. cf. p. 17). Cetteénergie est utilisée notamment pour le transport Le taux de transport Jsat, de ce type de transportactif. saturable se calcule généralement suivant la cinétique de Michaelis-Menten :Dans le transport actif primaire, lhydrolyse delATP produit directement de lénergie utilisable Jsat = Jmax-C/(Km + C) [mol.m-2.s-1],pour les mécanismes de « pompe ionique ».Ces pompes sont aussi appelées ATPases. On C étant la concentration finale de la substance àpeut citer lomniprésente Na+-K+ (activée) - transporter, Jmax le taux de transport maximal de laATPase, mais également la Ca+-ATPase substance et Km sa concentration de demi-saturation,sarcoplasmique et lH+-ATPase du tube cest-à-dire pour 0.5 Jmax (cf. p. 333).collecteur rénal comme autant de mécanismesactifs permettant le transport de Na+. K+, Ca+ Cytoseou H+ respectivement. La cytose est un mécanisme de transportDans le transport actif secondaire dun actif complètement différent.composé (par exemple le glucose) il y a Elle comprend la formation, avec consomma-couplage par un transporteur avec un tion dATP, de vésicules intramembra-mécanisme de transport passif dun ion (parexemple le Na+). Dans ce cas, le gradient deNa+ est la force motrice
    • 12 Principes de basenaires, denviron 50-400 nm de diamètre, qui se va saccumuler et précipiter dans les lysosomes,détachent ensuite par étranglement de la membrane causant finalement des dommages aux cellules et àplasmique ou de la membrane des organites lorgane tout entier (cystinose).cellulaires (réticulum endoplasmique granulaire, Les phospholipides de la membrane cellulaire, utilisésappareil de Golgi, cf. p. 4). Grâce à la cytose dans les processus dendocytose pour former lesspécifique, ce sont principalement les parois des vésicules, sont réincorporés dans la membrane cellulaire, en même temps que lesmacromolécules (protéines, polynucléotides et protéines des récepteurs et la clathrine, par despolysaccharides) qui sont transférées dans la cellule procédés de recirculation globalement inexpliqués.(endocytose), ou qui en sortent (exocytose). Le Certaines autres protéines membranaires. commetransport des grosses molécules à lintérieur de la celles mises en jeu dans les pompes ioniquescellule seffectue également par ces vésicules, par (appelées protéines résidentes) sont pour la majoritéexemple le transport des protéines du REG vers non impliquées dans ces procédés rapides et continuslappareil de Golgi. Deux formes différentes de recirculation.dendocytose peuvent être distinguées. Lune, la Un exemple dendocytose par récepteur est le captagepinocytose, est un mécanisme de transport continu, du cholestérol et de ses esthers. Ils sont transportésnon spécifique, permettant lentrée dans la cellule de par lintermédiaire du plasma dans les lipoprotéines de type LDL (cf. p. 222 et suiv.) vers les cellulesliquide extracellulaire au moyen de vésicules extrahépatiques. Lorsque ces cellules ont besoin derelativement petites, à la manière dun goutte à cholestérol, par exemple pour la synthèsegoutte. Dans le même temps, des molécules membranaire ou pour la production dhormonesdissoutes, grandes ou petites, sont sans distinction stéroïdes, elles incorporent dans leur membranetransférées dans la cellule. cellulaire une plus grande quantité de récepteurs desLa seconde forme dendocytose requiert la présence LDL qui reconnaissent et lient les LDL-protéines (apoli- poprotéines), augmentant ainsi lendocytose des LDL.de récepteurs sur la face externe de la membrane Une particule de LDL de 22 nm est capable de fixercellulaire. Une seule et même cellule peut posséder environ 1500 molécules desthercholestérol. Lesplusieurs types différents de récepteurs (environ 50 patients ayant un défaut génétique de ces récepteurssur un fibroblaste). On peut trouver jusquà 1 000 des LDL ont un taux de cholestérol plasmatique élevérécepteurs concentrés sur les sites membranaires avec comme conséquence une athérosclérose(aussi appelés protéines de transfert) à lendroit où prématurée.lintérieur de la membrane est doublé (« coated pits » On peut citer dautres exemples dendocytose par- « fosse mantelée » ou encore « puits recouvert » ; récepteur, comme le captage cellulaire du fer de lavoir E2) de protéines spécifiques (principalement transferrine, de lhème de lhémopexine, declathrine). Puisque cest à cet endroit que débute lhémoglobine de lhaptoglobine (cf. p. 63) et des cobalamines au moyen de leur différents mécanismeslendocytose. les vésicules endocytosiques sont de transports protéiques membranaires (cf. p. 226).temporairement recouvertes de clathrine (« vésiculesmantelées » ou « vésicules recouvertes »). Cette La phagocytose des organismes pathogènes (par reconnaissance des complexes antigène-anticorps) etendocytose seffectuant via un récepteur (= des débris cellulaires endogènes, pour lesquels lesendocytose dabsorption) est spécifique puisque les granulocytes neutrophiles et les macrophages sontrécepteurs peuvent seulement reconnaître certaines spécialisés (cf. p. 66 et suiv.) se fait également, desubstances et seules celles-ci peuvent être captées par manière habituelle, par lintermédiaire de récepteurendocytose jusquà lintérieur de la cellule. (voir aussi opsonisation ; p. 66 et suiv.). Laspect quantitatif de la phagocytose est illustré par le faitConsécutivement à lendocytose, le « manteau » ou quen une heure environ 10 billions de vieux érythro-enveloppe est transféré dans la cellule, et il sensuit cytes sont détruits par ce mécanisme (p. 60), et queune fusion avec les lysosomes primaires (B) dont les macrophages par exemple phagocytent en uneles enzymes hydrolytiques vont digérer la substance heure environ 125% de leur propre volume et 200% depynocitée pour former les lysosomes secondaires. leur membrane cellulaire.Les petites molécules résultant de cette digestion, Quand linsuline se lie aux récepteurs sur la surfacetels les acides aminés, les sucres et les nucléotides. des cellules cibles, le complexe hormone-récepteursont transportées à travers la membrane lysosomale migre dans les « puits recouverts » et subit alors unevers le cytoplasme où elles sont disponibles pour le endocytose (il est « internalisé »; cf. p. 248). De cettemétabolisme cellulaire. manière, la densité des récepteurs capables de lier lhormone est diminuée (« down régulation » :De tels mécanismes de transport à travers la diminution de laffinité des sites résiduels par desmembrane lysosomale sont spécifiques. Si, par concentrations élevées dinsuline).exemple, le facteur responsable du transfert delamino-acide L-cystine est défectueux (généti-quement), la cystine (dont la solubilité est plus faible)
    • Principes de base 13Lexocytose est également un processus La cytose comme moyen de locomotionrégulé. Les hormones (par ex. celles du lobe En principe, la plupart des cellules sontpostérieur de lhypophyse ; cf. p. 240). les capables de se déplacer activement à lintérieurneurotransmetteurs (cf. lacétylcholine. p. 54) et de lorganisme, bien quun petit nombreles enzymes (cf. les acini pancréatiques; p. 212) seulement utilise cette possibilité. Les seulespeuvent, comme «des vésicules préemballées», cellules équipées spécialement pour de telsêtre libérées en réponse à une augmentation de déplacements sont les spermatozoïdes, quila concentration intracellulaire de Ca2+. Il est peuvent « nager » à une vitesse de lordre de 35probable que le Ca2+ intracellulaire agisse non µm/S par agitation de leur flagelle caudal.sous sa forme libre, mais par lintermédiairedune protéine de liaison, la calmoduline. Dautres cellules, comme les fibroblastes. se déplacent également, mais beaucoup plusLe transport transcellulaire de macromolécules lentement, à la vitesse de 0.01 µm/s (E1). En(protéines, hormones) peut également se faire cas de lésion par exemple, ils se déplacent aupar pinocytose. Lendothélium, par exemple, niveau de la blessure et participent à lacapte la molécule dun côté de la cellule et la cicatrisation. On peut encore citer leslibère, inchangée, de lautre côté (trans-cytose). granulocytes et les macrophages, lesquels, attirés par chimiotactisme, traversent la paroi vasculaire et migrent dans
    • 14 Principes de basela direction de linvasion bactérienne (migration; cf. jusquà ce que les deux gradients soientp. 66 et suiv.). enfin les cellules tumorales qui identiques, mais opposés, cest-à-dire jusquàexercent leurs effets dévastateurs vers les différents ce que leur somme, ou le gradienttissus de lorganisme quelles envahissent. électrochimique, soit égale à zéro. Il existe alors une différence de concentration ioniqueLe déplacement de telles cellules se fait par déterminée de part et dautre de la membraneglissement sur une base solide, comme pour les (concentration déquilibre) à laquelleamibes (E). Ceci est possible par endocytose du côté correspond un potentiel déterminé (potentielde la membrane sur la partie la plus éloignée du but à déquilibre).atteindre, par transport intracellulaire à travers la Le potentiel déquilibre Ex de lion « x » entrecellule à travers les vésicules dendocytose et leur tintérieur (i) et lextérieur (e) de la membraneréincorporation dans la paroi vasculaire, enfin par cellulaire est calculé daprès léquation deexocytose près du but à atteindre (E3). Les Nernst (cf. aussi p. 24) :fibroblastes renouvellent environ 2 % de lamembrane cellulaire/min par ce mécanisme. Ex = R.T.(F.z)-1.ln ([X]e/[X]i.), (5)Le cycle est complété par des déplacements R étant la constante des gaz (= 8.314 J • K-1 •obligatoires "davant en arrière", par des mouvements mol-1), T la température absolue (dans le corpssemblables à ceux dune chenille, des différentes = 310 K). F la constante de Faraday, donc larégions de la membrane cellulaire non impliquées charge par mole (= 9.45.104 A.s.mol-1), z ladans la pinocytose. Puisque la membrane cellulaire charge de lion (+ 1 pour K+, +2 pour Ca2+, -1des fibroblastes adhère surtout à la fibronectine de la pour Cl-, etc.). In le logarithme naturel et [X] lamatrice extracellulaire, la cellule se déplace en avant concentration « effective » de lion x. Pour lapar rapport à la matrice (E3). Ladhérence de la température du corps (310 K), R.T/F = 0.0267cellule requiert également la présence de récepteurs V-1. Si lon transforme maintenant In ( Me / Mi )spécifiques, par exemple la fibronectine dans le cas en -In ([X]e/[X]i) et également In en log (In = 2,3des fibroblastes. • log6). léquation (5) peut alors sécrire : Ex = -61.log ([X]i/[X]e) (mV). (6)Potentiels électriques dus aux processusde transport Par exemple, si lion x est K+. si [K+]i = 150 mmol/kgH2O et [K+]e = 5 mmol/kgH2O, leLe transport dions signifie un déplacement de potentiel déquilibre de K+ est alors Ek = - 90charge, cest-à-dire lapparition dun potentiel mV (cf. aussi p. 24 et p. 25. B).électrique. Par exemple, si des ions K+ diffusent Lorsque le potentiel déquilibre est atteint. lahors de la cellule, il se crée un potentiel de quantité dions qui se déplace selon le gradientdiffusion, au cours duquel la cellule devient chimique dans une direction est égale à lapositive à lextérieur par rapport à lintérieur. Si quantité dions repoussée par le potentiel enun ion de même charge diffuse également à sens inverse. La somme des deux, appeléecontre-courant ou si un ion de charge opposée courant ionique net, est donc nulle. Mais ce(tel Cl-) diffuse dans le même sens, ce potentiel courant sécarte de zéro lorsque le potentiel dede diffusion nest que transitoire. Par contre, si membrane de repos (Em séloigne du potentieldes ions non diffusibles (comme les protéines déquilibre (Ex). Le potentiel dentraînement duintracellulaires) ou si les ions concernés ne courant ionique net (Ix est donc Em-Ex). La loipeuvent franchir la membrane quen faibles dOhm pour le courant ionique (cf. p. 10quantités mais peuvent en revanche être équation (4)) sécrit donc :transportés activement en sens contraire (Na+).le potentiel de diffusion persiste (cf. p. 24). Mais gx = Ix / (Em –Ex) (7)il entraîne les ions K+ qui avaient diffusé hors (Unités : gx superficie de la membrane en S.m-2;de la cellule (diffusion le long dun gradient lx superficie de la membrane en A.m-2; E en V.)chimique) à nouveau vers lintérieur de la cellule(transport par potentiel, cf. p. 10). Dans la cellule au repos (cf. p. 24), Em≈ -70m V. Ek ≈ - 90mV et ENa ≈ +70mV.La diffusion des ions K+ demeure
    • Principes de base 15 canaux Ca2+ souvrent (relativement lentement)Ce qui donne pour Na+ un potentiel et, simultanément, la perméabilité des poresdentraînement de 140mV environ, pour K+ un aux ions K+ diminue. Les canaux Na+ souvrentpotentiel dentraînement denviron 20 mV (dans dans ce cas très rapidement, mais pour une trèsle sens opposé). Un lNa important est donc évité courte durée. On pense que ces pores Na+uniquement au repos, car gNa est très faible à ce disposent de deux « portes » successives, lunemoment-là (environ1/10-1/100 de gk. Par contre, étant ouverte au repos et lautre fermée.si les pores de Na+ souvrent brièvement au Lexcitation (dépolarisation, cf. p. 26) ouvremoment du potentiel dentraînement (cf. p. 26) {active} la « porte » précédemment fermée et(activation des canaux de Na+ ; cf. ci-dessous), ferme {inactive} aussitôt après la « porte »le Na+ pénètre alors très rapidement dans la précédemment ouverte. Au début du potentielcellule du fait du potentiel dentraînement élevé. daction, pendant le cours laps de temps où les deux « portes » sont ouvertes (conductancePour Na+, Ca2+, K+. Cl- et les autres ions, la Na+ élevée, cf. p. 26), le Na+ pénètre« conductance » de la membrane cellulaire est brusquement dans la cellule.généralement plus quune simple donnéephysique. En effet, dans de nombreuses Un potentiel daction ouvre des pores Ca2+ dansmembranes cellulaires, le flux passif de Na+ les terminaisons nerveuses pré-synaptiques;dirigé vers lintérieur est facilité par des le Ca2+ pénètre et active la libération detransporteurs qui peuvent simultanément neurotransmetteurs (cf. p. 54 et suiv.) ou lacotransporter le glucose ou les ions H+ dirigés libération dhormones (post-hypophysaires paren sens inverse (cf. p. 128). Dans dautres exemple, cf. p. 240).membranes cellulaires (nerf, muscle), il existe Lexocytose est également réglée dans lesdes canaux spécifiques pour les différents types cellules exocrines (comme dans le pancréas)dions, la conductance du canal pouvant par le flux de Ca2+ (cf. ci-dessous). Louverturesadapter (cf. ci-dessous). des pores de Ca2+, commandée par le potentielOn parle de transport électriquement neutre daction créé dans les tubules longitudinaux dulorsque, au cours du transport actif dions (par muscle squelettique, provoque la contractionex. Na+) par ce même mécanisme utilisant des musculaire (cf. p. 36 et suiv.).transporteurs, un ion de charge opposée (parex. Cl-) est transporté dans la même direction Un principe tout à fait général dans lorganismeou un ion de même charge (par ex. H+) dans la veut donc que des gradients électrochimiquesdirection opposée avec comme rapport de (milieu intracellulaire pauvre en Na+) soientcharge 1/1. Mais si 3 ions Na+ sont transportés utilisés par des « pompes » ioniques activesdans une direction et, simultanément, 2 ions K+ relativement lentes (par ex. Na+-K+-ATPase :dans lautre direction (par ex. pour la Na+ - K+ - env. 1 µmol.m-2.s-1) puis que les gradientsATPase). lion Na+ excédentaire développe un électrochimiques obtenus soient utilisés, par lepotentiel : on parle alors de transport élec- biais de la régulation de la perméabilitétrogène (ou rhéogène). membranaire passive (pores), pour les flux ioniques rapides (par ex. flux de Na+ lors du potentiel daction : env. 1 mmol • m-2 • s-1).Régulation de la perméabilité desmembranes aux ionsDans certaines cellules, la conductance aux 2+ Rôle des ions Ca lors de laions peut être modifiée par la présence de régulation des processus cellulairescanaux ou pores, généralement spécifiquesdun ion ou dun groupe dions, qui peuvent être Le Ca2+ est pour 50% environ lié aux protéinesouverts ou fermés par une sorte de « porte » plasmatiques et pour 50 % sous forme libre (cf.(gâte). Louverture de ces portes peut être p. 151 et p. 254). La forme libre (≈ 2,9 mmol/l)réglée par le niveau du potentiel cellulaire (par est largement prédominante dans le liquideexemple les fibres nerveuses et musculaires) ou interstitiel du fait de la faible concentration enêtre influencée par une substance chimique (par protéines. Dans le cytoplasme, donc à lintérieurexemple action postsynaptique de de la cellule, la concentration est beaucoup pluslacétylcholine, cf. p. 54; F). faible (≈0.1-0.01 µmol/l) ;Lors de lexcitation du muscle cardiaque. les ceci est la conséquence du transport actif qui
    • 16 Principes de baseF. Ouverture ou « perméabilité » des canaux ioniques. (1) Elle se fait obligatoirement par lemoyen dun ligand, par ex. un médiateur chimique comme lacétylcholine au niveau synaptique, ouune hormone, ou (2) par la dépolarisation dune membrane cellulaire, par ex. dune cellule nerveuse,musculaire ou épithéliale. Les canaux membranaires ou pores ne sont pas ouverts ou fermés demanière synchrone, mais la probabilité du canal dère ouvert ou fermé augmente ou diminue enfonction de ces mécanismes. La force résultante pour le passage des ions est la somme desgradients électrique (potentiel membranaire) et chimique (différence de concentration) des ions depart et dautre de la membrane, appelé communément gradient électrochimique. (Daprès B. Albertset coll. : Molecular biology of thé cell. Ist Ed. Garland. New York and London 1983. p. 299).
    • Principes de base 17 rejette en permanence le Ca2+ hors de la Lors de la contraction du muscle lisse, la cellule. Un transport actif primaire par Ca2+ a calmoduline semble donc jouer un rôle été démontré comme venant sajouter à un analogue à celui de la troponine C dans le transport actif secondaire inverse dépendant du muscle squelettique, bien que son activation gradient de Na+. soit légèrement différente (cf. p. 36 et suiv.). LeLa concentration intracellulaire de Ca2+ est mouvement des spermatozoïdes est égalementréglée par un flux de Ca2+ passif plus ou moins déclenché par le Ca2+ et la calmoduline.important provenant de lespace extracellulaire Lexocytose des cellules sécrétrices (pancréas(cf. ci-dessus) ou dautres réservoirs de Ca2+. ou glandes salivaires) est probablement aussiCe flux peut être déclenché par des potentiels une forme primitive de motricité. Le flux de Ca2+daction (cf. p. 164) ou par des transmetteurs ou (principalement venant du REG ; cf. p. 4) et lahormones (cf. p. 242 et suiv.) qui possèdent des liaison calmoduline-Ca2+ influencent ici lerécepteurs à lextérieur de la membrane système microtubule-microfilament qui règlecellulaire (ainsi pour lacétylcholine, F). lexocytose selon un mécanisme encoreLors de larrivée dun potentiel daction au inexpliqué. Dans ce cas également, le flux deniveau du muscle squelettique, le Ca2+ est le plus souvent stimulé par la liaisonCa2+ provenant des tubules longitudinaux - dhormones sur des récepteurs extracellulaires :lesquels constituent un réservoir spécifique pour lors de laction dune telle hormone (premierle Ca2+ - pénètre dans la cellule musculaire où il messager) au niveau de la cellule-cible, le Ca2+est lié à la troponine C, ce qui provoque la joue le rôle dun second messager (secondcontraction musculaire (couplage messenger des Anglais). Ladénosineélectromécanique, cf. p. 36 et suiv.) monophosphate cyclique (AMPc. cf. p. 242) aAu niveau du muscle cardiaque, le Ca2+ un rôle tout à fait analogue sur le mode dactionprovient également des tubules longitudinaux des hormones peptidj-ques et descomme du LEC. Laugmentation de la catécholamines. Dans des nombreuses cellules,concentration intracellulaire du Ca2+ conduit là lune de ces hormones déclenche le flux deaussi à une contraction ; le flux supplémentaire Ça24- et lautre la formation de lAMPc. Les deuxde Ca2+ qui est relativement lent et qui provient seconds messagers ont une action soitde lespace extracellulaire pendant lexcitation, antagonique soit synergique sur le métabolismeest tel que le potentiel daction du myocarde cellulaire. Laction antagonique repose peut-êtrepossède un plateau particulièrement long (200- en partie sur le fait que le complexe Ca2+-500 ms), qui explique la loi du « tout ou rien » à calmoduline active la phosphodiestérase qui estlaquelle obéit la contraction du cœur (cf. p. responsable de la dégradation de lAMPc (cf. p.166). Par ailleurs, la concentration intracellulaire 242). Par ailleurs, le complexe Ca2+-calmodulinede Ca2+ influence la puissance contractile du joue un certain rôle lors de la croissancemyocarde. cellulaire. Il agit aussi sur beaucoup dautresAu niveau du muscle lisse, un flux de Ca2+ est enzymes, que ce soit dans le foie, les reins, leégalement déclenché par un potentiel daction, cœur, le pancréas, le cerveau, lesun neurotransmetteur ou une hormone. Le spermatozoïdes, les plaquettes sanguines. etc.récepteur intracellulaire primaire du Ca2+ est Dans une grande variété de cellules,vraisemblablement ici (comme dans beaucoup linteraction hormone extracellulaire-récepteurdautres cellules) la calmoduline. transforme les phosphoinositides dorigineCette protéine, dun poids moléculaire de 16700, a une forte membranaire en inositol tri-phosphate et enanalogie de structure avec la troponine C (cf. p. 34 et suiv.) ;chaque mole fixe 4 moles de Ca 2+ Le complexe Ca2+- diacylgiycérol qui deviennent alors descalmoduline forme, en association avec une autre protéine, seconds messagers dans la cellule (cf. p. 242 etune enzyme (MLCK = Myosin Light Chain Kinase) capable suiv.). Cette modification du signal ne conduitde phosphoryler la méromyosine légère (cf. p. 34) ou « pas seulement à une phosphorilation deschaîne légère » de la myosine. La myosine modifie alors sa protéines et à dautres événements intra-conformation, ce qui permet à lactine dactiver lATPase de cellulaires, mais agit également commela myosine, doù la contraction. Une diminution du Ca2+ et médiateur (par linositol triphosphate) dans lesune déphosphorylation de la myosine par une autre enzyme(MLCP = Myosin Light Chain Phos-phatase) ont pour effet phénomènes de relaxation liés au Ca2+ .Ici, ledarrêter la contraction : Ca2+ est le troisième messager qui interfèrele muscle se relâche. dans lactivité cellulaire, par exemple en se liant à la calmoduline.
    • + le contenu énergétique des métabolites18 Principes de base excrétés (dans ce cas lurée). Si, comme dans lorganisme, la pression (p)Apport et transformation de lénergie demeure constante, une part de lénergie est utilisée pour les changements de volume (A V) ;La vie est impossible sans apport dénergie. Les le travail mécanique (p • ΔV) nest pas quantifia-plantes tirent leur énergie du rayonnement ble et doit être assimilé à : ΔU (voir ci-dessus)solaire pour transformer le CO2 atmosphérique +p.ΔV=ΔH, ou ΔV représente la variationen O2 et en composés organiques. Ces denthalpie (ΔV est ordinairement très faiblecomposés peuvent être directement utilisés dans lorganisme si bien que ΔH ≈ ΔU).(principalement les hydrates de carbone) par lesêtre humains et les animaux pour compléter Afin de déterminer quelle part de cette enthalpieleurs besoins énergétiques, mais peuvent éga- AH est franchement utile, le second principelement être stockés sous forme de combustibles de la thermodynamique doit être pris enfossiles (houille et pétrole). Ainsi lénergie peut considération. Compte tenu de ce principe, leêtre convertie, transformée dune forme en une degré de désorganisation - appelé entropie -autre. Si nous considérons une telle dun système fermé augmente (ΔS > 0) si, partransformation comme prenant place dans un exemple, une forme dénergie est transforméesystème fermé (échange dénergie mais non en une autre. Le produit -augmentationde matière avec lenvironnement), on peut dire dentropie X température absolue - (ΔS • T) estque lénergie ne peut ni apparaître. ni égal à la chaleur dissipée durant un teldisparaître spontanément. Ceci est décrit dans processus. Ainsi, lénergie libre ΔG (= énergiele premier principe de la thermodynamique, de Gibbs) se calcule comme suit :qui dit que la variation dénergie interne (= ΔG = ΔH – T. ΔS.variation du contenu en énergie ΔU) dunsystème (par ex. une réaction chimique) est Cette relation définit également les conditionségale à la somme du travail reçu (+ W) ou cédé sous lesquelles, par exemple, les réactions(-W) et la chaleur dégagée (-Q) ou reçue (+ Q) chimiques spontanées peuvent se produire. Sirespectivement. ΔG < 0 la réaction est exergonique, elle seffectue delle-même sans interventionΔU = Q - W [J] (travail fourni, chaleur extérieure et lénergie est libérée spontanément reçue) ; si ΔG > 0 la réaction est endergonique et neΔU = W - Q [J] (travail reçu. chaleur dégagée) peut seffectuer spontanément sans fourniture(Par définition, les signes indiquent le sens du flux en accord additionnelle dénergie.avec le système considéré). ΔG est obtenu en prenant la concentrationPour les systèmes biologiques, la conséquence véritable de chaque composé ou substrat prisessentielle de ce premier principe est que la en compte dans la réaction étudiée. Si lachaleur produite par la transformation dune réaction considérée est : A ↔ B + C, lénergiesubstance en une autre est toujours la même, libre standard ΔGo (ou les concentrations de A,quelle que soit la voie utilisée. En dautres B et C sont de 1 mole • I-1 et le pH = 7) esttermes, que la combustion du glucose se fasse convertie en ΔG comme suit :directement en présence dO2 dans un calorimè-tre (cf. p. 198), avec production de CO2 et ΔG = ΔGo + R • T • In [B].[C] [A]deau, ou que ces mêmes produits terminaux ou (à 37 °C) :soient formés à partir du glucose par des voiesmétaboliques, lénergie produite est la même ΔG = ΔGo + 8,31 . 310 . 2,3(dans cet exemple, les valeurs caloriques Log [B].[C] [J.mol-1].physiques ou physiologiques sont les mêmes ; [A]cf. p. 198). Il ny a pas équivalence si. comme En supposant pour linstant que ΔGo dunedans le cas des amino-acides, les produits réaction est de + 20 kJ • mol-1 (réactionformés dans le calorimètre (ici, CO2, etc.) sont endergonique), ΔG devient < 0 (réactiondifférents de ceux formés par les voies exergonique) si le produit [B].[C] est, parmétaboliques de lhomme (ici, lurée). exemple, 104 fois plus petit que [A] :Cependant, même dans cette situation, lénergiechimique utilisée par lorganisme (dans ce cas ΔG = 20000 + 5925. log 10-4 = - 3,7 kj.mol-1.les amino-acides) est toujours égale à lachaleur libérée + le travail mécanique produit
    • Dans ces conditions, les produits B et C sont Principes de base 19formés (la réaction se fait vers la droite).Si dans le même exemple le rapport [B]-[C] sur[A] = 4.2-10-4. ΔG devient nul et la réactionséquilibre (pas de réaction visible). Le rapportainsi obtenu est appelé constante déquilibreK de la réaction. En utilisant léquation (8), Kpeut être transformé en ΔGo et vice versaselon la relation suivante :0 = ΔGo + R • T • In K,ou ΔGo = - R.T. ln K. ou ΔGo/(R.TK = e- ) Si finalement le rapport [B].[C] sur [A]> 4,2.10-4, alors ΔG > 0 et la réaction se déplace vers la gauche, en conséquence le produit A est formé.Il est évident quà partir de ces considérationsΔGo indique le point déquilibre de la réaction,et que ΔG mesure la distance qui sépare laréaction de son point déquilibre.Cependant. ΔG ne donne aucune indication sur G. Energie dactivation et réactions ca-talytiques.la vitesse de la réaction. Même si ΔG < 0, la La réaction A ↔ B + C peut seffectuer à des niveauxréaction peut être extrêmement lente. Sa énergétiques plus ou moins favorables. Cette réactionvitesse dépend de la quantité dénergie ne peut se produire que si suffisamment dénergienécessaire pour lélaboration des produits dactivation peut être acquise par A. Les catalyseurs et,intermédiaires de la réaction, pour lesquels ΔG en biologie, les enzymes, réduisent la quantité dénergie dactivation nécessaire et facilitent en cela laest plus grand que celui de la substance initiale réaction (lignes rouges).ou des produits terminaux de la réaction. Laquantité dénergie nécessaire à cette Une réaction peut aussi être accélérée partransformation est appelée seuil ou énergie lélévation de la température. Une aug-libre dactivation G#. Les catalyseurs mentation de 10 °C se solde habituellement par(« activateurs ») ou, en biologie, les enzymes, un accroissement de 2 à 4 de la vitesse deaccroissent la vitesse de réaction en diminuant réaction (par exemple la valeur Q10 passe de 2lénergie libre dactivation nécessaire ΔG#. Ceci à 4).est illustré par la figure G. La seconde loi de la thermodynamique (voirEn accord avec Arrhenius, la constante plus haut) stipule également que dans undéquilibre K (s-1) dune réaction unimoléculaire système fermé, et lunivers est un systèmeest proportionnelle à e-ΔG# / (R/T). Si dès lors fermé dans ce sens, il y a perte continuellelénergie dactivation AG# dune telle réaction est dénergie libre, la somme de tous les systèmesdiminuée de moitié par une enzyme, par conduisant à une augmentation du hasard etexemple de 126 à 63 kJ • mol-1, le facteur K des désordres. Toutefois lorganisme est unaugmente à la température de 310 K (37 °C) système ouvert, et comme tel il peut acquérirdun facteur de de lénergie et permettre ainsi la délivrance dee -63 000 / (8.31 • 310) / e -126 000 / (8.31 -310) = 4 . 1010 environ. produits terminaux du métabolisme. LentropieEn dautres termes, le temps pour que dun système fermé constitué dun organisme et50% de la substance soit métabolisée (t/2) de son environnement augmentera, alors quepasse de 10 ans à 7 ms dans ce cas ! (valeur K non seulement lorganisme « système ouvert »[s-1] X concentrations des substances de départ considéré seul maintiendra son entropie[mol • l-1] = irréversibilité de la réaction [mol • I-1 • constante, mais pourra éventuellement las-1] ). diminuer par dépense denthalpie libre. Les exemples peuvent se voir dans létablissement de gradients osmotiques ou de différences de pression à lintérieur du corps. Ainsi, tandis quun système fermé se caractérise par une entropie maximale,
    • 20 Principes de base seffectuer en modifiant le déroulement de lades réactions équilibrées (avec réactions réaction.réversibles), et un travail performant, seul le Labondance universelle denthalpie libre (oucorps humain, comme un système ouvert, est dénergie libre de Gibbs) dans les organismescapable de développer un travail continu avec est liée à la présence dadénosine triphosphateun minimum dentropie. Peu de processus à ou ATP. Cest un produit du métabolismelintérieur du corps atteignent un équilibre vrai cellulaire des nutriments.(par ex. le transport du CO2) , la plupart dentre LATP est formé par loxydation des moléculeseux (par exemple les réactions enzymatiques, le biologiques comme le glucose. Loxydation danspotentiel cellulaire) sont en équilibre instable ou ce sens est à attribuer au déplacement desà létat stable et généralement irréversible (par électrons des liaisons relativement riches enex. à cause de lexcrétion des produits énergie (= réduction) des hydrates de carbones.terminaux). La réversibilité de la Les produits terminaux de la réaction sont le« transformation » des cellules germinales en CO2 et lH2O. Cette oxydation (déplacementadultes est bien évidemment impossible. À létat délectrons) intervient dans diffé-stable,lallure de la réaction et non son équilibreest sans importance. La régulation peutH. Transfert dénergie par phosphorylation oxydative et transport à lintérieur de la membranemitochondriale. Un électron de haut niveau dénergie (e-) passe à un niveau énergétique moindre parlintermédiaire dune chaîne de transporteurs, ce mécanisme pompant H+ en dehors de lespace matriciel. Legradient électrochimique résultant pour H+(potentiel électrique + gradient chimique) à travers la membraneinterne amène les ions H+ à lintérieur de la matrice grâce à lATP synthétase (x). Ici, lénergie du gradient delion H+ est utilisée pour la production dATP. (Si la concentration en ATP dans la matrice est élevée, laréaction est réversible). Il existe des transporteurs qui (a) échangent de lATP pour de lADP, et des co-transports (b) Pi et (c) du pyruvate (et dautres substrats) simultanément avec des ions H+ dans lespacematriciel. Ca2+ est aussi véhiculé dans cette direction par le potentiel électrique.
    • Principes de base 21rents processus et permet à une part de concevable sans une régulation de seslénergie rendue libre par cette réaction de diverses fonctions. Cette régulation nécessiteparticiper à la formation dATP (réactions une transmission dinformations depuis le centrecouplées; H). régulateur et les organes récepteurs etLenthalpie libre ΔGo de lhydrolyse de lATP effecteurs.avoisine -30,5 kJ • mol-1. Comme on peut le voir Le rétro-contrôle à partir de lorgane effecteurà partir de léquation (8), lenthalpie libre réelle permet au centre régulateur de vérifier dansaugmente si le rapport ([ADP] • [Pi]) / [ATP] est quelle mesure « lordre » initial a été exécuté, ceplus petit que la constante déquilibre K de la qui conduit, si nécessaire, à un réajustement.réaction dhydrolyse de lATP (ADP = adénosine Ce système de régulation avec rétro-contrôlediphosphate). La richesse en ATP dans les est appelé boucle de régulation.cellules donne un ΔG denviron -46 à -54 kJ • Les boucles de régulation jouent un rôle trèsmol-1. important dans lorganisme. Les mouvementsLes substances ayant un ΔGo significati- musculaires, léquilibre pondéral, le volumevement plus élevé comme la créatine sanguin, la pression artérielle, le contenu enphosphate ou phosphagène (-43 kJ • mol-1), oxygène du sang, le pH, la températurepeuvent produire de lATP à partir dADP et de corporelle, la glycémie et de très nombreusesPi. Dun autre côté, labondance universelle de autres grandeurs de lorganisme sont soumis àlATP peut être utilisée pour la formation une régulation. La boucle de régulation sedautres composés riches en énergie mais de déroule, soit dans lorgane lui-mêmeniveau énergétique moindre, par exemple UTP, (autorégulation), soit par lintermédiaire dunGTP, glucose-6-phosphate etc. centre de contrôle supérieur (système nerveuxLénergie libérée lors de lhydrolyse de lATP central. glandes endocrines). Le signal de régulation est transmis depuis le centre depermet des centaines de réactions, par ex, letransport actif à travers les membranes, la régulation (la consigne étant définie à cesynthèse protéique, la contraction musculaire niveau) vers lorgane effecteur (tout ou partie de lorgane) qui. à son tour, répond au signal reçu.etc. Finalement toutes ces réactions provoquentdes ordres dans les cellules et dans tout La situation est évaluée par des récepteurs et lelorganisme. Comme cela a été décrit plus haut, résultat est renvoyé vers le centre de régulation où il est comparé avec la valeur originale dele prix du maintien de la vie grâce à la contrôle. Si le résultat ne correspond pas àdiminution de lentropie du corps est assuré paraugmentation de lentropie de lunivers. lobjectif à atteindre, il se produit à nouveau un réajustement. Linformation entre ces différents éléments deContrôle et transmission de linformation contrôle est véhiculée par les nerfs, ou par lesLorganisme représente un ensemble de hormones circulantes (cf. p. 232). Sur demécanismes si compliqués quil nest pas courtes distances (par ex. à lintérieur dun organe) la transmission de linformation peut seffectuer par diffusion.
    • 22 Nerf et Muscle vésicules ; lactine des tubules et lATPase desConstitution et fonctionnement de la cellule vésicules ont un rôle important dans cesnerveuse mécanismes.Une cellule nerveuse répond à un stimulus parune modification de ses propriétés La membrane cellulaire du soma se prolonge aumembranaires. Chez lhomme, on trouve niveau de laxone par laxolemme (A, et Ax enplusieurs types de cellules excitables : a) des C). Laxone est environné dans le systèmecellules nerveuses, qui transmettent des influx nerveux central par les oligodendrocytes et auquelles sont susceptibles de modifier au niveau niveau du système nerveux périphérique par lesdes liaisons intercellulaires, b) des cellules cellules de Schwann (A et CS en C). Laxone +musculaires qui répondent à ces influx par une son enveloppe = fibre nerveuse. Dans certainscontraction. neurones, les cellules de Schwann forment un revêtement lipoprotéiques de couchesLe système nerveux est constitué de plus de 2- concentriques autour de laxone appelé gaine1010 cellules nerveuses (neurones). Le neurone de myéline (C) laquelle sert disolant pour les(A) est lunité structurelle et fonctionnelle du courants ioniques (protéine hydrophobe). Lesystème nerveux. Typiquement, un neurone long de laxone, la gaine de myéline est(motoneurone) présente un corps cellulaire interrompue à intervalle denviron 1,5 mm par(soma ; A) muni de deux types de les nœuds de Ranvier (A). La vitesse deprolongements : a) laxone (neurite) et b) les conduction dans les fibres myélinisées estdendrites (A). Comme la plupart des autres relativement élevée comparée à la conductioncellules le neurone renferme un noyau lente des fibres amyéliniques (C). Lacellulaire, des mitochondries (Mi. C) etc., et en conduction est aussi dautant plus faible que leplus des neurofibrilles et des neurotubules (A et diamètre de la fibre nerveuse est petit (cf. p. 29,C). Les dendrites (A) transmettent les influx C).nerveux dune cellule nerveuse à une autre.Laxone, qui prend naissance au niveau du La synapse (A, B) est la zone de jonction entre laxone dune cellule nerveuse et un autre neurone, mais aussisoma cellulaire et qui sur son parcours se avec des cellules musculaires (cf. p. 32) ou dessubdivise souvent en collatérales (A), transmet cellules glandulaires. Chez les mammifères (à de raresle signal nerveux à dautres cellules nerveuses, exceptions près), il ny a pas de contact véritable aumusculaires ou glandulaires. Laxone et les niveau synaptique. Lespace synaptique (10-40 nm)collatérales se divisent et se terminent par des séparant deux neurones sert disolateur. Larenflements, les boutons synaptiques ou transmission dun signal électrique atteignant la mem-boutons terminaux (A) qui comportent des brane présynaptique nécessite la libération dun transmetteur chimique, le neuromédiateur, dansvésicules contenant des neurotransmetteurs lespace synaptique. Il y a de nombreux transmetteurs :(B). Au niveau de la synapse (voir ci-dessous), lacétylcholine, la norépinéphrine. lacide γ-aminobu-les boutons terminaux entrent en contact avec tyrique, la dopamine, la glycine, le glutamate, lale soma, les dendrites ou laxone du neurone substance P etc., mais en général, chaque neurone asuivant. Sur un seul neurone il y a des milliers son neurotransmetteur spécifique (dans certains cas,de sites de contact qui recouvrent environ 40% la libération dun « co-transmetteur » est discutée). Lede la surface totale du neurone. transmetteur, libéré des vésicules présynaptiques par exocytose, diffuse vers la membrane post-Partant du soma vers les terminaisons dendriti- synaptique et génère un nouveau signal électrique.ques et axoniques (et en partie en sens Bien quil ny ait pas de libération deinverse), on peut observer, à travers les neurotransmetteur au niveau de la membraneneurotubules un courant de transport postsynaptique, les synapses ne laissent passeraxoplasmique de protéines, dacides aminés, le signal que de la membrane pré vers lade médiateurs chimiques etc. (se déplaçant à membrane postsynaptique : elles ont uneune vitesse denviron 200-400 mm/jour). Le fonction de valve unidirectionnelle. La synapsemécanisme de ces systèmes de transport et est aussi le site où la transmission neuronale deleur rôle (éventuellement en vue de la nutrition signaux peut être modifiée par dautrescellulaire, de la croissance ou des modifications éléments nerveux. Suivant sa nature, leà long terme des propriétés dexcitabilité) nont transmetteur peut produire soit une réponsepas encore reçu dexplication univoque. Pour excitatrice, soit une réponse inhibitrice (cf. p.leur transport le long de la paroi externe des 30).neurotubules vers la périphérie, lesneurotransmetteurs sont enveloppés dans des
    • Nerf et Muscle 23A. Neurone et synapse (schéma)
    • 24 Nerf et MusclePotentiel membranaire de reposOn peut mesurer un potentiel au niveau de la intracellulaires ne diffusant pas, cest seulementmembrane des cellules vivantes (différence de la diffusion des ions Na+qui donne son efficacité au phénomène (points 1 et 2). Ce potentiel depotentiel ; cf. p. 7). Pour les cellules musculaireset les cellules nerveuses, ce potentiel diffusion augmente jusquà ce que le courantmembranaire de repos est, selon le type de de sortie dions K+ supplémentaires (mis encellules, de lordre de 60 à 100 mV (lintérieur action par le gradient de concentration) soitde la cellule étant négatif). Le potentiel inhibé par la montée du potentiel.membranaire de repos tire son origine dune Cest parce que la membrane cellulaire estrépartition inégale des ions (B) entre aussi relativement perméable aux ions CI- quelintérieur et lextérieur de la membrane le potentiel des ions chlore augmente dans lecellulaire. même temps : il y a transport du Cl- contre un gradient électrochimique, hors de la cellule (A4).Les phénomènes suivants contribuent à assurer La diffusion du K+ (gradient chimique) entraînece potentiel membranaire de repos (cf. aussi p. une augmentation du potentiel naissant, la11 et suiv.) : diffusion du Cl- (contre-potentiel) augmente son1. Par transport actif, (cf. p. 10) le Na+ est potentiel contre son propre gradient chimique.repoussé en permanence hors de la cellule et le Finalement, un potentiel déquilibre pour leK+est pompé à lintérieur (A2) de telle manière K+ (Ex) et pour le Cl- (Eci) sinstalle. Grâce à Ex,que, à lintérieur de la cellule (LIC). la la force de diffusion qui repousse le K+ versconcentration en ions K+ est environ 35 fois lextérieur (gradient chimique) est égale à laplus grande et que la concentration en ion Na+ force rétroactive (force de retour) du potentielest par contre 20 fois plus faible quà lextérieur (gradient électrique) ; cest pourquoi, le gradientde la cellule (LEC. B). Les Na+-K+-ATPase électrochimique pour K+ est de 0. Il en est de(capables de dissocier lATP) y contribuent pour même pour Eci. Le potentiel déquilibre E peutune grande part. être calculé par léquation de Nernst (cf. p. 14).Comme la membrane est peu perméable aux Bien que la perméabilité à lion Na+ de laprotéines anioniques et aux phosphates du li- membrane cellulaire au repos soit très faiblequide intracellulaire (cf. p. 65. B), ce sont les comparée à celle de K+, des ions Na+ diffusentions diffusibles qui se distribuent passivement et en permanence vers lintérieur de la celluleirrégulièrement de part et dautre de la (gradient électrique et chimique élevé, A5 et B).membrane cellulaire (équilibre de Gibbs- En conséquence, le potentiel membranaire deDonnan, Al) repos est un peu plus négatif que Ek.[K+ + Na+] LIC > [K+ + Na+] LEC [Cl-] LIC < Comme la membrane cellulaire de beaucoup de[Cl-] LEC cellules est relativement plus perméable aux ions Cl-,2. Dans les conditions de repos, la membrane les ions Cl- se répartissent entre le LIC et le LEC decellulaire est peu perméable aux ions Na+ (ce telle manière que le potentiel déquilibre du Cl-, Ek estqui signifie que la conductance sodique [gNa] est égal au potentiel de repos membranaire. Du fait de sa charge négative, le gradient pour le Cl- est en sensfaible), de telle sorte que le gradient de opposé à celui du K+ (B). Si, cependant le Ek calculé àconcentration à lion Na+ (A3 et A5) ne peut partir de la répartition des ions Cl-(équation de Nernstsannuler à nouveau par rétrodiffusion. avec z = -1 ) séloigne du potentiel de repos3. La membrane cellulaire est très peu membranaire (comme cest le cas dans certainesperméable (A4 et A5) aux protéines chargées cellules), on peut conclure que le Cl- est transporté contre un gradient électrochimique (la plupart du tempsnégativement et aux phosphates organiques. secondaire), donc à un transport actif dions Cl-(cf. p.4. La membrane cellulaire est relativement 132).perméable à lion K+ (gk > gNa). Du fait du Alors que toutes les cellules vivantes présententgradient de concentration élevé (point 1), les un potentiel membranaire de repos, les cellulesions K+ diffusent du L l C vers le L E C (A3). Du excitables (nerf, muscle) possèdent la propriétéfait de la diffusion du K+. la charge positive de de modifier la perméabilité ionique de leurcet ion conduit à une « distension de charge » membrane en réponse à un stimulus, ce qui(« potentiel de diffusion ») au niveau de la entraîne des modifications importantes de lamembrane ; la majeure partie des anions polarisation (cf. p. 24).
    • 26 Nerf et MusclePotentiel daction (quantité dions intracellulaires de lordre de 1/100000). Par ailleurs, la pompe Na+-K+ (cf. p. 24) se charge deLe maintien dun potentiel de membrane est une rétablir rapidement les concentrations ioniquespropriété de toutes les cellules vivantes. Cependant dorigine.lexcitabilité est le fait de cellules spécialisées commele nerf et le muscle. Si ces cellules subissent un Peu de temps après la phase de dépolarisation du PA,stimulus, la stimulation provoque une modification il existe une courte période pendant laquelle le nerf outransitoire des conductances ioniques et du potentiel le muscle nest pas excitable même pour des intensitésmembranaire (cf. p. 15 et suiv.). Si le stimulus est extrêmement fortes : cest la période réfractairesuffisamment intense, il se produit un potentiel absolue. A cette période succède (à la fin de ladaction (PA), qui représente au niveau du nerf le repolarisation. B) une période réfractaire relativesignal transmis et qui produit une contraction au niveau pendant laquelle on ne peut déclencher quun PAdu muscle. Au cours dun PA se produisent les damplitude et de vitesse détablissement réduites maisévénements suivants : sous leffet du stimulus, le uniquement au moyen dun stimulus dintensitépotentiel membranaire de repos (négatif, cf. p. 24) supérieure à celle ayant entraîné le potentiel seuildiminue vers une valeur moins négative initial. Dès que le potentiel membranaire retrouve son(dépolarisation). Quand il atteint une valeur critique, niveau dorigine, le potentiel seuil et le PA reprennentappelée potentiel seuil, le canal sodique est activé leurs valeurs initiales (cf. p. 45).(cf. p. 15) aboutissant à une augmentation « en Laugmentation de gNa (activation), et par là même leavalanche » de la conductance sodique (gNa ; A2 et courant dentrée de Na+ (INa), dépend du potentielB) et à une entrée rapide de Na+ dans la cellule. existant avant lexcitation et non de la durée de laDurant cette phase de dépolarisation, létat de dépolarisation. INa est maximal pour un potentiel denégativité de lintérieur de la cellule nest pas départ denviron - 100 mV, ce qui signifie que pour unseulement inversé, mais le potentiel membranaire peut potentiel membranaire de repos denviron -60 mV. INamême atteindre des valeurs positives (en anglais est égal à 60% du maximum et que pour les cellulesovershoot). Avant que lovershoot ne soit atteint, gNa de mammifères, les canaux sodiques ne peuvent êtrediminue (linactivation commence après 1 ms) activés au dessus de la valeur de - 50 mV. Cecouplée à une lente augmentation de la conductance phénomène explique les périodes réfractaires absoluepotassique (gk ; A3 et B) qui permet aux ions K+ et relative et la non-excitabilité de cellules sichargés positivement de diffuser de la cellule vers déventuelles substances ou événements provoquentlextérieur, concourant ainsi au rétablissement dun une dépolarisation prolongée. comme cest le cas pourpotentiel de membrane négatif (phase de repolarisa- la succinyl-choline (cf. p. 32) ou lhypoxie (cf. p. 102).tion). Quelques millisecondes avant que g k retrouve sa le potentiel membranaire de repos ayant alors desvaleur de repos, le potentiel de membrane peut même valeurs plus positives que -50 mV. La concentration enatteindre une valeur plus négative que sa valeur de 2 1 Ca - - exerce une influence sur la dépendance entre lerepos dorigine (hyperpolarisation; B). potentiel et le courant dentrée sodique. Une 2+Comme la Na+ - K+-ATPase est électrogénique (3 Na+ augmentation de la concentration en Ca , parsont échangés pour 2 K+) la « pompe ionique » peut exemple, exerce une activité bénéfique sur les canauxaussi amener une hyperpolarisation consécutivement à à Na+ et dans le même temps le potentiel seuil devient 2+une fréquence élevée de PA. positif. A lopposé, un manque de Ca conduit à un potentiel seuil plus bas et entraîne une augmentationEn dessous du potentiel seuil, un stimulus (par de lexcitabilité (crampes musculaires, tétanie ; voir p.exemple un courant électrique) induit des 114).changements du potentiel de repos. De manière Alors que les PA du nerf et du muscle strié sesymétrique on peut voir apparaître une hyper ou une distinguent principalement par leur durée, les PA dudépolarisation, cela dépend de la direction du courant muscle cardiaque présentent des particularitésde stimulation (potentiel électrotonique; voir aussi p. caractéristiques (cf. p. 31, A2 et pp. 42 et 164).28). Près du potentiel seuil (mais juste en dessous),ces potentiels locaux deviennent plus élevés durant ladépolarisation que durant lhyperpolarisation. Cetteréponse locale (ou excitation locale) suivant unedépolarisation entraîne une plus grande activation ducanal de Na+ qui cependant nest pas suffisante pourgénérer un PA.Une fois que le potentiel seuil est atteint, ladépolarisation est une « réponse par tout ou rien »de la part de la cellule excitable, cest-à-dire que laréponse de la cellule se déroule selon la modalitéspécifique à ce type cellulaire, indépendamment delintensité du stimulus déclenchant. De nombreux PApeuvent être déclenchés successivement, du fait queles quantités dions qui diffusent alors à travers lamembrane cellulaire sont extrêmement faibles
    • 28 Nerf et MuscleConduction du potentiel daction supra liminaire. A une distance plus éloignée :Dans un câble électrique, un courant peut a) lamplitude de la dépolarisation est trop faiblepasser dun point à un autre, lorsquexiste entre et surtout : b) la pente ascendante de cetteces points une tension. Le fil électrique dépolarisation nest pas assez forte pour que lespossédant une faible résistance interne (peu de canaux sodiques soient à nouveau activés etpertes), une impulsion électrique peut être quil puisse y avoir un potentiel daction.acheminée par un tel câble sur de longues Normalement, le potentiel daction ne se pro-distances. La fibre nerveuse a une résistance page que dans une seule direction: en effet,interne bien plus grande. La conduction locale chaque portion de fibre nerveuse devient,le long de cette fibre (conduction immédiatement après le passage du PA, trèsélectrotonique) satténue rapidement dans ce difficilement excitable (période réfractaire, cf. p.cas. Avant que cela ne se produise, limpulsion 26). Si toutefois il se produit une excitation donttransmise doit donc être régénérée par une la propagation se fait en sens inverseconstante reformation du potentiel daction [conduction antidromique ; par exemple lors(PA, cf. p. 26). dune stimulation de la fibre nerveuse par voieDans le détail, ceci se produit de la manière externe, cf. p. 30), celle-ci se terminera au plussuivante : lors du déclenchement dun PA tard à la prochaine synapse (fonction de valve,unique, il se produit une très brève entrée de cf. p. 22).Na+ [courant entrant de Na+, A1a). De ce fait, Le déclenchement permanent de potentiels daction ause produit un courant ionique (cf. p. 14) vers niveau des segments de fibre contigus contribuelintérieur de la cellule nerveuse. La membrane constamment et de manière répétitive à lacellulaire, précédemment chargée positivement régénération du signal, mais nécessite cependant unà lextérieur (potentiel de repos, cf. p. 24) voit sa temps relativement long : au niveau des fibrescharge changer de signe (lextérieur devenant nerveuses conductrices amyéliniques (C, type C), la vitesse de conduction est de lordre de 1 m/s environalors négatif, cf. p. 27. B). Cette inversion de (B2 et C). Les fibres nerveuses myélinisées [C, types Acharge par rapport aux segments membra- et B) peuvent conduire linflux beaucoup plus vitenaires voisins entraîne, le long de la fibre (à (jusquà 120 m/s). Comme elles sont, à la manière dunlintérieur comme à lextérieur) une égalisation câble, isolées par une gaine de myéline, la décharge àdes charges, cest-à-dire un courant lorigine de la dépolarisation électrotonique le long deélectrique; la soustraction de charge provoque la fibre peut se faire sur une plus longue distance (approx. 1,5 mm ; A2). Le potentiel daction est alorsà proximité une dépolarisation. Si le potentiel transmis par sauts (conduction saltatoire) duncritique (potentiel seuil) est atteint (cf. p. 27), il étranglement de Ranvier à lautre (cf. p. 23). Lase produit alors localement un nouveau PA longueur dun saut est limitée par le fait que le courant(Alb), alors que le précédent est en voie de compensation (1-2 nA) satténue rapidementdextinction. lorsque la distance augmente (B1). Avant quil ne devienne sous-liminaire, le PA-signal doit êtreLentrée du Na+ lors de la création du PA régénéré au niveau dun étranglement non isolé : pourentraîne tout dabord, dans la partie proximale cela, un nouveau PA doit être localement déclenché,de laxone, une décharge de la membrane ce qui nécessite la prise en compte dun délai(décharge capacitaire de la membrane équiva- supplémentaire (environ 0,1 ms, B1).lant à un condensateur). Afin de rééquilibrer la Le diamètre axonique exerce également unecharge, un courant électrique capacitaire va influence sur la vitesse de conduction (C) :sinstaurer [il sera ici dépolarisant), courant qui la résistance à la conduction de laxone est dautantavec léloignement : a) saffaiblira ; b) sétablira plus faible que le diamètre de la fibre, donc sa section,moins rapidement (montée moins rapide). Si le est élevé. Le courant électrique de compensation, et par conséquent la dépolarisation des partiespotentiel seuil nest pas atteint (et aucun avoisinantes (A), peut de ce fait sétendre sur une pluspotentiel daction nest déclenché) on observe grande distance ;une augmentation du courant de K+ (repolarisa- ainsi, pour une longueur de fibre donnée, moins de PAtion), dirigé vers lextérieur, puisque le potentiel néoformés seront nécessaires, ce qui entraîne unedéquilibre de la membrane nest pas différent augmentation de la vitesse de conduction.du potentiel déquilibre du K+, EK. De ce fait, il se Dans les grosses fibres nerveuses, la capacitéproduit une augmentation du potentiel activant membranaire est plus élevée, ce qui diminue lapour K+ (=EM-EK; cf. p. 14). Un nouveau potentiel vitesse de conduction de linflux. Toutefois à cettene pourra être déclenché, à distance du action soppose leffet positif dune plus faible résistance longitudinale de la fibre.précédent que si le courant capacitaire estsuffisant pour provoquer une dépolarisation
    • 30 Nerf et MusclePotentiels synaptiques p. 280). Des PPSE et des PPSI peuvent seLe potentiel daction (PA. A1 et p. 26) transmis produire simultanément au niveau de la mêmele long du neurone (présynaptique) libère au cellule; dans ce cas, cest la somme de tous lesniveau du bouton terminal un PPSE et PPSI qui détermine lapparition du PAneurotransmetteur. En fonction de sa nature, propagé dorigine postsynaptique (D).celui-ci peut amener une dépolarisation Stimulation artificielle du neurone(excitation) ou une hyperpolarisation (inhibition)de la membrane postsynaptique. Plus la Lorsquune cellule nerveuse est excitée élec-fréquence des influx est élevée le long de triquement par voie externe, le courant élec-laxone, plus la quantité de neurotransmetteur trique passe de lélectrode positive (anode) verslibérée au niveau synaptique sera grande. lintérieur du neurone et sort par lélectrode négative (cathode). De ce fait, le nerf estLacétylcholine, la substance P et le glutamate dépolarisé à la cathode. Si le potentiel seuil estsont des exemples de neurotransmetteurs atteint, il se produit un PA (cf. p. 26).excitateurs qui augmentent gNa, gci et gk (cf. p.9) de la membrane postsynaptique au niveau de Habituellement une hyperpolarisation indési-la synapse (voie subsynaptique). Par suite dun rable se manifeste à lanode. Cet effet peut êtregradient électrochimique de Na+ élevé, le grandement diminué en employant une trèscourant entrant de Na+ prédomine ce qui large électrode, ou électrode indifférente.provoque une dépolarisation : cest le potentiel La durée de stimulation nécessaire pour produire unpost-synaptique excitateur (PPSE; maximum PA au niveau dun neurone est dautant plus brève queenviron 20 mV, C). Le PPSE ne commence que lintensité du stimulus est élevée (relation durée de0,5 ms après larrivée du PA au niveau du stimulation-intensité de stimulation, B). Lexcitabilitébouton terminal (C). Ce délai synaptique dun nerf est caractérisée : a) par lintensité minimale de courant continu qui, pour une stimulation de très(latence) résulte dune libération et dune longue durée, provoque une réponse (cest ladiffusion relativement lentes du médiateur. rhéobase) et b) par la chronaxie, cest-à-dire la duréeBien quun PPSE unique soit généralement pendant laquelle il faut appliquer un stimulus dintensité double de la rhéobase, pour observer une réponse (B).insuffisant pour générer un PA postsynaptique, La chronaxie est une mesure de lexcitabilité nerveuse,lexcitabilité du neurone est cependant pour laquelle // nest pas nécessaire de connaître laaugmentée par la dépolarisation locale, de telle valeur absolue de lintensité de stimulation au niveaumanière que plusieurs PPSE simultanés sont en de la cellule nerveuse. La chronaxie peut ainsi êtremesure de dépolariser la membrane jusquau déterminée à laide délectrodes cutanées. En clinique,seuil de dépolarisation (sommation spatiale et on peut, par exemple, contrôler le décours dunetemporelle), et de générer un PA propagé. atteinte musculaire. Leffet de stimulation du courant électrique provoque,Le PPSE nest pas une réponse par tout ou rien plus particulièrement sous leffet de tensions élevées,comme le PA ; le niveau du PPSE dépend en des accidents électriques (électrocution). La quantitéeffet de lintensité du stimulus (D). de courant ayant traversé le corps constitue un facteur important. Pour une tension donnée, lintensité duSi un train de PA arrive au niveau synaptique, le courant est dautant plus grande que la résistance àPPSE augmente avec chaque PA : cest la son écoulement est faible. Une peau humide est de cepotentiation synaptique. La raison de ce fait bonne conductrice; de même, le contact des piedsphénomène est que pour des PA de fréquence nus avec des installations électriques (dans une salleélevée (approximativement 30 Hz) la concen- de bain par exemple) est particulièrement dangereux.tration présynaptique en Ca2+ ne peut pas Alors que le courant continu ne présente deffets excitateurs pratiquement quau moment de sonindéfiniment retrouver sa valeur de repos entre établissement et de sa rupture, le courant alternatif àdeux PA successifs (augmentation de la libéra- faible fréquence (par exemple le secteur. 220 V-50 Hz)tion du neurotransmetteur). peut provoquer notamment une fibrillation cardiaque mortelle (cf. p. 174). Des courants alternatifs de hauteLes neurotransmetteurs inhibiteurs comme fréquence ( > 15 kHz) ne peuvent pas dépolariser lesla glycine ou lacide y aminobutyri-que (GABA) nerfs et les muscles ; ils échauffent cependant lesnaugmentent pas gNa, mais seulement gci et gk tissus ; cette propriété est utilisée en thérapeutique :au niveau de la membrane subsynaptique. La cest la diathermie.membrane est de ce fait hyperpolarisée et (Texte pour A1-A3, cf. p. 26 et 40 ; cf. aussi p. 45).lexcitabilité de la cellule est diminuée : ilapparaît alors un potentiel post-synaptiqueinhibiteur (PPSI) (max. environ 4 mV. D et cf.
    • 32 Nerf et Muscle substance : Facétylcholine (ACh) qui est stockéeLunité motrice dans les vésicules présynaptiques.Le neurone moteur (motoneurone) et toutes les Autour des zones actives présynaptiques (A3) lesfibres musculaires innervées forment ce quon vésicules dACh peuvent être libérées par exocytoseappelle une unité motrice (UM). Le nombre de (cf. p. 12) dans lespace subsynaptique. Chaquefibres musculaires innervées par un vésicule contient un certain quantum dACh. Les replismotoneurone varie entre 5 (pour les muscles postsynaptiques de la membrane musculaire se trouvent en face des zones actives (A2 et A3). Cest auoculaires externes) et 1 000 ou plus (muscles niveau de ces replis postsynaptiques que se trouventtemporaux). Les fibres musculaires dune seule les récepteurs à ACh (A3). Lorsquune moléculeunité motrice peuvent être réparties sur tout dACh vient se fixer sur un récepteur, la perméabilité +lensemble du muscle. Pour les innerver, un de la membrane aux ions Na (et aux ions K+) semotoneurone se scinde en de nombreuses trouve modifiée (cf. p. 16; F);collatérales. il en résulte la formation dun courant entrant de Na+ (2 pA pour environ 0.2-1 ms ; B1). Un quantumOn peut distinguer deux types dunités motrices : les complet dACh est déversé sur une surface de lordreunités motrices à contraction rapide et les unités 2 de 1µm ; comme il y a plus de 2 000 canaux, celamotrices à contraction lente. Pour savoir si lon a signifie que le courant ionique induit sera de plusieursaffaire à une unité motrice du premier ou du deuxième nA pendant quelques ms (courants miniatures detype, on observe lorigine de son motoneurone, et lon plaque, B2). Quelques quanta isolés peuvent se videranalyse les qualités de ce neurone (notamment pour spontanément, mais cela ne suffit pas pour entraînerce qui concerne la fréquence des impulsions). Les UM une excitation musculaire. Par contre, larrivée desà contraction lente sont plus sensibles au manque dO 2 potentiels daction du motoneurone déclenche aumais elles ont un métabolisme oxydatif plus intense (cf. niveau de la terminaison nerveuse lapparition dunp. 46), possèdent plus de capillaires et de myoglobine 2+ courant entrant de Ca (cf. p. 54) qui provoque la(fixateur de loxygène) et sont moins fatigables que les libération synchronisée de plusieurs centaines deUM à contraction rapide. Dans les muscles « blancs », quanta dACh;ce sont les unités motrices à contraction rapide quisont les plus nombreuses (par exemple dans le muscle le courant de plaque qui apparaît est alorsgastrocnémien) ; suffisant pour induire un potentiel daction musculaire et, par là même. une secousse musculaire (B3). LAChelles permettent les mouvements rapides (marche, est très rapidement inactivée (hydrolyse) par lescourse). Les muscles « rouges » sont surtout formés cholinestérases situées dans lespace synaptique (cf.dUM lentes; ces unités sont spécialisées dans les p. 54), si bien que la repolarisation est rendueexercices de longue durée (station debout : muscles possible.posturaux). Chez lhomme existe également une formeintermédiaire dunité motrice (UM rouge rapide). La transmission neuromusculaire peut être bloquée par toutes sortes de poisons et substancesLaugmentation graduelle de la force pharmacologiques (cf. aussi p. 54) ce qui conduit àmusculaire résulte dun recrutement plus ou une faiblesse du muscle, voire, dans les cas extrêmes,moins important dunités motrices (recrutement à sa paralysie. Les toxines botuliques inhibent ladifférentiel). Le nombre dunités motrices libération dACh par les vésicules. Des substancesrecrutées est fonction de la nature ou du type comme le curare, connu pour son utilisation dans la fabrication des fléchettes paralysantes des Indiens,de mouvement ; il en est de même pour le choix sont employées en anesthésiologie pour relâcherdes UM qui se fera entre les UM rapides et les (relaxation) la musculature lors des interventionsUM lentes (on entend par type de mouvement : chirurgicales. Le curare empoche la fixation de lAChmouvement à contraction douce ou violente, sur les récepteurs {inhibition compétitive} tout enintermittente ou durable, activité réflexe ou effort nayant lui-même aucun effet dépolarisant. Ce blocagevolontaire. etc.). De plus, la force développée peut être levé par administration dinhibiteurs de lapar chaque unité motrice peut sélever par cholinestérase. Ceci entraîne lélévation de la concentration en ACh. ACh que le curare va deaugmentation de la fréquence dimpulsion de la nouveau bloquer. Cependant, si des inhibiteurs de lafibre nerveuse (les muscles squelettiques sont cholinestérase parviennent à une synapse intacte, latétanisables, cf. p. 41. B). concentration dACh ainsi élevée permet dobtenir une dépolarisation durable. Il en résulte une inactivation + des canaux Na (cf. p. 26) et une paralysie musculaire. Quelques substances semblables à lACh (substancesLa plaque motrice parasympathicomimétiques, par exemple la di-La transmission de lexcitation du motoneurone à la succinylcholine) ont aussi un effet dépolarisant, maisfibre musculaire seffectue au niveau de la plaque elles sont détruites plus lentement. Elles provoquentmotrice (A) qui constitue la jonction entre le nerf et le également une paralysie par dépolarisationmuscle. La transmission est assurée grâce à une persistante.
    • 34 Nerf et MuscleConstitution et fonctionnement du la zone H est la partie des sarcomères qui nestmuscle squelettique 1 constituée que de filaments de myosine (environ 1 000 par sarcomère) ; ces filamentsLénergie chimique de lATP (cf. p. 20) est sépaississent dans leur partie moyenne (centredirectement transformée par le muscle en du sarcomère) pour former une ligne M.énergie mécanique (et en chaleur), processus La molécule de myosine (C) possède uneauquel participent également des éléments partie céphalique scindée en deux (S1 ) (elle estenzymatiques et structurels. le siège de lactivité ATP-asique, cf. p. 36 etLa cellule musculaire est une fibre (A) dont le suiv.), qui sarticule avec une partie cervicalediamètre varie en moyenne de 10 à 100 µn et (S2) (la partie céphalique et la partie cervicaledont la longueur peut atteindre 20 cm. Les « constituent la méromyosine lourde, C). laquellefibres » de viande, reconnaissables à lœil nu, est réunie à une partie caudale (méromyosinesont en fait des faisceaux de fibres (A, environ légère, C). Un filament de myosine se0,1-1 mm de diamètre). La fibre musculaire compose denviron 150 à 360 de ces molécules,(cellule) est limitée par une membrane cellulaire assemblées à la manière dune torsade. Laappelée le sarcolemme; elle renferme les mobilité de la partie cervico-céphalique. à lamyofibrilles. Les myofibrilles sont entourées par manière dune articulation, permet la fixationle sarcoplasme (cytoplasme) qui contient réversible de la myosine avec lactine (formationplusieurs noyaux cellulaires, des mitochondries au complexe actomyosine, cf. p. 38) et le(appelées aussi sarcosomes), des lysosomes, glissement des filaments dactine et de myosinedes vacuoles lipidiques, des inclusions de les uns sur les autres [glissement des filaments,glycogène. etc. Le sarcoplasme contient égale- cf. p. 36 et 38).ment du glycogène, des enzymes glycolyti- Lactine G est une molécule protéiqueques, de la créatine phosphate et des acides globulaire. Lactine F résulte dune sorteaminés, toutes ces substances pouvant être denchaînement à la manière dun collier delibérées. Une fibre musculaire renferme perles de plusieurs molécules dactine G (400plusieurs centaines de myofibrilles (A) dont environ). En fait, deux enchaînements de cechacune se divise en compartiments de 2,5 µm type, enroulés lun autour de lautre pour formerenviron, délimités chacun par 2 disques Z et une torsade, constituent un filament dactine (B).appelés sarcomères. Leur longueur est La tropomyosine, qui possède elle aussi unegrossièrement de 1.5 à 3.0 µm et dépend de la structure filiforme, senroule autour du filamentprécharge du muscle (B). dactine. et. tous les 40 nm environ vient syAu microscope (en deux dimensions), les rattacher une molécule de troponine (B).sarcomères dune myofibrille (A) apparaissent La troponine (TN) est composée de trois sous-comme une succession de bandes unités : a) la TN-C qui contracte les liaisonsalternativement claires et sombres et de lignes avec le Ca2+ ; b) la TN-T qui relie la TN à la(doù le nom de muscle strié) ; ceci provient de tropomyosine ; c) la TN-I qui, à létat de repos,la disposition des filaments (épais) de myosine empêche la formation de liaisons entre lactineet (fins) dactine (B). Un sarcomère est compris et la myosine. Cet effet inhibiteur de la TN-I estentre deux lignes Z ou disques Z (microscopie levé lorsque la TN-C est saturée en Ca2+.en trois dimensions. B). qui sont constitués parune structure protéique plane. Les filaments Pendant la contraction, le filament de tropo-dactine sont traversés en leur milieu par la ligne myosine se dépose dans la gouttière entre lesZ, cest-à-dire quune moitié de chacun de ces 2 deux chaînes dactine F et laisse alors la000 filaments dactine pénètre dans deux possibilité à la myosine de créer des liaisonssarcomères voisins à la fois. A proximité de la avec la molécule dactine. Le signal deligne Z. le sarcomère nest constitué que de déclenchement de ce phénomène est assuréfilaments dactine : cest la bande l (B). La par la fixation des ions Ca2-1- sur les sites de larégion dans laquelle les filaments dactine et de troponine (cf. p. 36 à 39).myosine se chevauchent correspondoptiquement à la bande A :
    • 36 Nerf et MuscleConstitution et fonctionnement du bande l et la zone H se raccourcissent. Quand,muscle squelettique II à la fin, les filaments épais rencontrent la ligne Z, le muscle se trouve à son maximum deLes unités motrices du muscle squelettique sont raccourcissement :normalement activées par leur propre les extrémités des filaments fins se recouvrentmotoneurone (cf. p. 32). Larrivée du potentiel alors (cf. p. 41. C).daction du nerf à la terminaison nerveuse libèreun médiateur chimique, lacétylcholine, qui induit LATP est nécessaire au glissement desla formation de « courants de plaque » dont la filaments (donc à la contraction musculaire) (cf.sommation spatiale et temporelle provoque (cf. p. 19 et suiv.) ; les part/es céphaliques de lap. 28) une excitation supraliminaire entraînant myosine (ou têtes de myosine. cf. p. 35, C)un potentiel daction qui sera propagé le long du possèdent la propriété de dissocier lATPsarcolemme vers toutes les fibres musculaires (activité ATPasique). Les têtes de myosine se(cellules musculaires). Cette membrane cel- fixent aux filaments fins en formant un anglelulaire présente, en de nombreux endroits, des donné (C). A la suite dune modificationinvaginations verticales en direction des structurale de la molécule de myosine, lesmyofibrilles : ce sont les tubules transverses parties céphalique et cervicale de cetteencore appelés système T (A). molécule accentuent leur angulation, à la manière dune articulation (cf. p. 34 et suiv.) etLe réticulum endoplasmique (cf. p. 4) est un peu entraînent par là même le filament fin dans leurdifférent dans la cellule musculaire et on mouvement (théorie des filaments glissants, Clappelle réticulum sarcoplasmique (A). Il est et cf. p. 38).formé de compartiments fermés (sanscommunication avec le milieu extracellulaire), La traction au niveau des deux extrémités dunqui sont disposés parallèlement aux myofibrilles filament épais de myosine seffectue en sensce sont les tubules longitudinaux (A). Ces opposé entre lune et lautre extrémité (cf. p.tubules longitudinaux servent de réservoir aux 35), de telle manière que la zone deions Ca2+. recouvrement entre actine et myosine, de part et dautre de la ligne Z, tend à augmenter. IlLe système T est en liaison avec les vésicules sensuit un raccourcissement du sarcomère, auxterminales des tubules longitudinaux. Au micro- deux extrémités du faisceau de myosine (cf. p.scope, on voit des triades formées par la 35).réunion, à leur extrémité, de deux tubules Un seul cycle de glissement raccourcit unlongitudinaux et dun tubule transverse (A). sarcomère de 2 X 8 nm. Pour un sarcomèreLe potentiel daction se propage rapidement le denviron 2 µm, le raccourcissement est delong du système T, lequel fait partie du milieu lordre de 1 %. Cela signifie que pour toute laextracellulaire, vers la profondeur de la fibre fibre musculaire (dont la longueur maximale estmusculaire. Là, il produit une libération de Ca2+ de 20 cm), formée de sarcomères disposés enpar les tubules longitudinaux avoisinants ; série, le raccourcissement est aussi de 1 %.lélévation de la concentration intracellulaire en Une secousse musculaire pouvant entraînerCa2+ qui passe de 0,01 µmol/l au repos à 1-10 jusquà 50 % de raccourcissement, il est donc(µmol/l, entraîne une suite de réactions indispensable que le cycle précédant seprovoquant finalement les secousses renouvelle : liaison des têtes - rotation des têtesmusculaires : cet ensemble de réactions est et glissement - séparation ou rupture desappelé couplage excitation-contraction (B; cf. liaisons - traction des têtes de myosine -p. 38). rattachement sur un site dinsertion voisin des filaments dactine. etc. (C).Les filaments dactine et de myosine dunsarcomère (cf. p. 34) sont disposés de tellemanière quils peuvent semboîter.Cest le glissement des filaments qui conduitau raccourcissement du muscle ;cest ainsi que les lignes Z se rapprochent lesunes des autres et la zone de recouvremententre filaments fins et filaments épais augmente(la longueur des filaments reste inchangée!). La
    • 38 Nerf et MuscleMécanisme moléculaire de la contraction nest plus synthétisé. Cela signifie dune part,musculaire que le Ca2+ ne peut plus être repompé dans lesLa contraction musculaire nécessite non tubules longitudinaux ; dautre part, que lATPseulement de lactine et de la myosine mais ne peut plus être à la disposition des complexesaussi la présence de Ca2+, de Mg2+, dATP et A-M stables. Le muscle devient alorsdATPase. inextensible : cet état caractérise la rigidité cadavérique;Le Ca2+ est stocké dans les tubules longitu- celle-ci disparaît seulement lors de ladinaux du réticulum sarcoplasmique ; sa décomposition des molécules dactine et deconcentration y est élevée (cf. p. 36). Le myosine.potentiel daction se propage au niveau dusystème T de toutes les fibres musculaires et La présence dATP provoque simultanément laprovoque la libération momentanée du Ca2+ des dissociation des ponts actine-myosine et letubules longitudinaux. La concentration du Ca2+ redressement des têtes de myosine (45° → 90°.dans les fibres musculaires est alors multipliée A4), avant que lATP ne reforme le complexepar 1 000 environ. Ce Ca2+ libéré se fixe à la myosine-ATP. Lorsque la concentrationtroponine qui, par lintermédiaire de la intracellulaire en Ca2+ est suffisamment élevée,tropomyosine, permet la création de ponts ou de nouveaux cycles A1-A4 peuvent seliaisons entre lactine et la myosine (A et cf. p. reproduire (jusquà 50 secousses musculaires) ;34 et suiv.). Une fois cette réaction terminée, le cela dépend avant tout de la fréquence desCa2+ se réaccumule aussitôt dans les tubules potentiels daction. Chaque arrivée dun PAlongitudinaux (transport actif. A et cf. p. 11). Le entraîne un cycle;transport de deux ions Ca2+ nécessite les têtes de myosine nagissant pas de façonlutilisation dune molécule dATP. La réunion de synchronisée (la concentration musculaire sedeux têtes de myosine (M) en une molécule de fait donc par saccades ou secoussesmyosine nécessite aussi une molécule dATP. consécutives). En fait, les têtes de myosine ontLensemble forme alors un complexe (ATP- un mouvement de va-et-vient asynchrone. Amyosine) qui réalise avec la partie céphalique chaque instant, une partie est en action mais,(cf. p. 35) un angle de 90°. Pendant que la statistiquement, ce mouvement de basculeconcentration en Ca2+ est élevée, se forment les touche toujours le même nombre de têtes deponts entre les têtes de myosine et lactine (A). myosine, ce qui produit une continuité dans laLactine active alors lATPase des têtes de réalisation et lefficacité de la contraction. Unemyosine et provoque lhydrolyse de lATP chute de la concentration intracellulaire en Ca2+(ATP→ADP + Pi). Ces réactions nécessitent en-dessous de 1 (µmol/l arrête le cycle deaussi 3 mmol/l dions Mg2+. Il sensuit la glissement des filaments (retour à la position deformation dun complexe A-M-ADP-Pi (Al). Le Pi repos. A).(phosphate inorganique) se détache alors de ce Le renouvellement des cycles de glissement estcomplexe et langle formé par les têtes de essentiel pour la contraction musculaire isotoni-myosine (qui ont pivoté) passe de 90° à 50° que, cest-à-dire pour une contraction avec(A2a), ce qui provoque le glissement du filament raccourcissement du muscle. Lors dunede myosine sur celui dactine. La libération contraction isométrique importante (augmenta-dADP amène les têtes de myosine dans leur tion de la tension du muscle sans raccourcisse-position finale (45°), terminant ainsi le ment), la rotation des têtes de myosine devientglissement (A2b). Lexcédent de complexe A-M à la longue impossible, tant et si bien que lereste stable {« complexe de rigidité »} et peut complexe M-ATP (A3) se transforme vraisem-uniquement être « régénéré » par fixation dATP blablement en complexe A-M-ADP-Pi (Al). Lasur les têtes de myosine : cest cette fixation tension musculaire résulte directement de cesdATP qui entraîne la relaxation, cest-à-dire le mouvements de bascule des têtes de myosine.« ramollissement » du complexe A-M. La faible Cest pourquoi, lon pense que les partiesélongation des muscles au repos est par cervicocéphaliques de la myosine se situent auexemple importante pour le remplissage niveau de la composante élastique en série ducardiaque ou pour un faible relâchement du muscle (cf. p. 40).muscle étiré au cours dun mouvement rapidede flexion.Dans le muscle dun organisme mort, lATP
    • 40 Nerf et MusclePropriétés mécaniques du muscle 1 laction pharmacologique de la caféine parLa formation dun potentiel de plaque supra- exemple. La contraction des fibres toniquesliminaire (cf. p. 32) provoque, dans le muscle, (comme les fibres des muscles oculaires exter-lapparition dun potentiel daction (PA ; nes ou du fuseau neuromusculaire ; cf. p. 278)maximum de dépolarisation au bout de 2 ms est une contracture. Ces fibres répondent à uneenviron, cf. p. 31 ; A2) qui se propage très stimulation non par une réponse « par tout ourapidement (2 m/s) sur les fibres musculaires au rien », mais leur contraction est proportionnelletravers du système T. La concentration à limportance de la dépolarisation locale (sansintracellulaire en Ca2+ devient maximale au bout aucun PA). Dans ce cas, la contraction est 1de 10 ms, la secousse musculaire pouvant modulée par les variations de la concentration îapparaître dès 10 ms (par exemple pour les en Ca2+.muscles oculaires externes) ou napparaissant Le tonus (tonus réflexe) de la musculatureque plus tard et jusquà 100 ms après (muscle squelettique est, en général, consécutif à un PAsoléaire. cf. p. 37). Laugmentation par paliers dunités motrices isolées. Si aucune secoussede la force musculaire est liée : a) aux isolée nest perceptible, cest parce que lesdiverses formes de recrutement (cf. p. 32) et b) unités motrices fonctionnent en décalage deaux modifications de fréquence du potentiel phase les unes par rapport aux autres (de façondaction. asynchrone), et amènent les réponses desUne excitation isolée provoque toujours une fibres individuelles à fusionner en unelibération maximale de Ca2+ et une secousse contraction régulière globale. Les musclesisolée maximale des fibres musculaires sque- posturaux, en particulier, paraissent en état delettiques (loi du tout ou rien). Mais comme repos alors quils sont, bien involontairement,lexcitation est trop brève pour que le glissement dans un état de tension:des filaments, relativement lent. soit maintenu cet état peut être modifié de façon réflexe (cf. p.pour toucher lensemble des « sites dactivité » 278 et suiv.) : il est en effet augmenté par uneentre actine et myosine, une excitation isolée ne attention plus soutenue.provoque pas le raccourcissement maximal Une contraction musculaire se situe généra-possible de la fibre musculaire. Larrivée dune lement entre deux situations extrêmes :autre secousse isolée consécutive à une autre a) contraction isométrique : la longueur du musclestimulation entraîne un raccourcissement un reste constante, mais sa tension change ; b)peu plus important. Un tel renouvellement des contraction isotonique : il y a raccourcissement du muscle, mais la tension ou la charge demeurestimulations conduit graduellement à la inchangée (A). On parle de contraction auxotoniquesommation (superposition) des secousses lorsque la longueur et la tension du muscle changentisolées (B). Si la fréquence de stimulation simultanément. Si une contraction isométrique estaugmente (de 20 Hz pour les muscles lents à suivie dune contraction isotonique ou auxotonique, on60-100 Hz pour les muscles rapides, cf. p. 32), parle de contraction à postcharge (cf. p. 182).on obtient la contraction maximale possible de Le muscle est composé déléments élastiques; ceux-cilunité motrice : le tétanos (B). Au cours du sont placés soit en série, soit en parallèle par rapporttétanos complet. la force développée est au aux sarcomères (A) ; on différencie :maximum égale à 4 fois la force produite par 1 ) une composante élastique en parallèle (CEP) quiune secousse isolée. Alors que lors de la est représentée par la membrane des fibressuperposition consécutive à deux excitations musculaires (sarcolemme) et par le tissu conjonctif deisolées la concentration en Ca2+ diminue, lors soutien (tissu interfibrillaire) et qui empêche, au repos,du tétanos, elle reste élevée. le démantèlement des filaments. La force de cet élément élastique en parallèle (CEP) est représentéeAu cours du tétanos (cf. p. 38), si on mesure la quantitativement par la courbe tension/longueur dedurée de raccourcissement du muscle on repos (cf. p. 43, A et B) ; 2) une composante élastique en série (CES) qui intervient surtout lors desaperçoit quelle est différente de celle obtenue la contraction isométrique, pour laquelle le musclelors de la contracture. La contracture nest pas dans son ensemble ne se raccourcit pas. Ainsi, lesdue à la reconduction du potentiel daction (PA), fibres collagène (les tendons notamment) sallongentmais provient soit dune dépolarisation locale un peu lorsque seffectue le glissement des filaments èmeprolongée par exemple lors de laugmentation dactine et de myosine alors que la 2 partie du CESde la concentration du K+ extracellulaire représentée par les parties cervicocéphaliques de la(contracture liée au K+), soit dune inhibition de myosine assure le glissement des filaments (cf. p. 38)la libération du Ca2+ cellulaire consécutive à
    • 42 Nerf et MusclePropriétés mécaniques du muscle II que le muscle cardiaque, ce qui signifie queII existe une étroite relation entre la longueur pour un même allongement, la tension(L) du muscle et sa tension encore appelée passive de repos du muscle cardiaque estforce (T; B et cf. p. 41 C). La tension globale plus grande que celle du muscleest la somme de la tension active et de la squelettique.tension de repos. 2. Le muscle squelettique travaille normalementLa tension active dépend du nombre de ponts au niveau du plateau de la courbe tension-entre actine et myosine, et augmente donc longueur, tandis que le muscle cardiaquedabord avec la longueur du sarcomère (A). La travaille dans la partie ascendante, la courbetension active (To) la plus élevée (tension tension-longueur ne possédant alors pas deisométrique) que le muscle puisse développer plateau (B), ce qui donne au cœur une zoneest obtenue pour la plus grande longueur de dactivité supplémentaire (traduit par lerepos (LMax. longueur du sarcomère de 2 à 2,2 mécanisme de Frank-Starling).|µm ; cf. p. 41, C). Avec le raccourcissement du 3. La période réfractaire du muscle cardiaquesarcomère (L < LMax) les filaments fins se touche à sa fin lorsque la contraction du cœurrecouvrent partiellement, et il nest possible de est presque terminée (potentiel daction long,développer quune tension inférieure à To (cf. p. cf. p. 45). Le muscle cardiaque nest donc41, C). Pour une longueur L = 70 % de LMax pas tétanisable comme le muscle(longueur du sarcomère de 1,65 µm), les squelettique.filaments épais sont contigus aux lignes Z, tantet si bien que T va encore diminuer. Dautre 4. Dans le muscle cardiaque, il ny a pas dunitépart, pour un arrangement des filaments motrice (cf. p. 32). Contrairement à ce qui sedonnant une plus grande longueur au passe pour le muscle squelettique, lexcitationsarcomère (L > LMax) la tension développée est sétend à tout le myocarde depuis loreillettede même amoindrie, parce que le nombre de jusquaux ventricules selon la loi du tout ouponts de liaison entre actine et myosine diminue rien.(cf. p. 41, C). 5. La force de contraction du muscle cardiaqueLa relation tension-longueur du muscle peut peut varier avec la durée du potentiel dactionêtre modifiée par un changement de la : celle-ci se modifie par changement deconcentration intracellulaire du Ca2+. Cette conduction du flux de Ca2+ entrant dans larégulation homéométrique de la réponse cellule (cf. p. 166).musculaire joue un rôle important au niveau du La vitesse de raccourcissement dunemuscle cardiaque. contraction (contraction isotonique) est dautantLa tension de repos augmente avec lallon- plus faible que la charge (force) est élevéegement de repos du muscle (L > LMax). Pour un (diagramme force-vitesse; C). La forceallongement correspondant à 130 % de LMax , la maximale ou tension maximale (plus un peu detension de repos représente la part essentielle chaleur) est développée lorsquil ny a aucunde la force totale (A et B). raccourcissement. La vitesse de raccourcisse- ment maximale (pour le biceps environ 7 m/s) etLa courbe tension-longueur correspond pour le beaucoup de chaleur sont obtenues pour unecœur au diagramme pression-volume : charge nulle du muscle. Les faibles chargesau lieu de prendre en considération la longueur peuvent être levées plus rapidement que lesdu muscle, on mesure le volume télédiastolique, charges lourdes (C). Lensemble de la produc-et au lieu de la tension, on étudie la pression tion dénergie : travail développé plus chaleur,ventriculaire (cf. p. 182 et suiv.). La pression est plus important pour une contraction isotoni-télédiastolique de repos est fonction du que que pour une contraction isométrique (cf. p.remplissage, de telle manière que le volume 46 : production de chaleur lors de la contractiontélédiastolique détermine léjection du cœur : musculaire).cest le mécanisme de Frank-Starling (cf. p.182 et suiv.).Différences essentielles entre le musclecardiaque et le muscle squelettique (cf.aussi p. 45)1. Le muscle squelettique est plus extensible
    • 44 Nerf et MuscleLa musculature lisse lestomac, lintestin (cf. p. 210), la vessie, luretère, lutérus appartiennent au type de muscle lisse unitaire.On appelle muscles lisses tous les types de muscles Leurs cellules musculaires sont en grande partiequi nont pas de stries transversales. Ils revêtent une reliées entre elles par des ponts (gap junctions, cf. p.très grande importance clinique parce quils prennent 7, D) qui sont hautement perméables aux ions.part à beaucoup de fonctions dorganes (estomac, Lexcitation est autonome et apparaît au niveau desintestin, vessie, utérus, bronches, etc.) et parce quils jonctions entre les cellules (celles-ci jouent le rôle departicipent à la régulation circulatoire par lintermédiaire pacemaker comme les cellules nodales du tissudes vaisseaux sanguins. cardiaque ; cf. p. 206) qui se dépolarisentLa musculature lisse contient des filaments spontanément ; lexcitation se propage alors à traversdactine F (cf. p. 35) ainsi quune variété de les gap junctions vers toutes les cellules musculairesmyosine ; toutefois, on ne rencontre que peu de (muscle lisse unitaire). La contraction de ces muscles est aussi indépendante de toute innervationfilaments épais (cf. p. 35). La contraction est en extrinsèque, et persiste souvent plus ou moinsgénéral 100 fois plus lente que dans le muscle longtemps à un niveau élevé : cest le tonussquelettique. Il ny a ni division en sarcomères, myogénique. Lallongement de ces muscles entraîneni strie transversal, ni système tubulaire (cf. p. une dépolarisation et par là même une augmentation36). Le potentiel membranaire de la du tonus. La musculature des petits vaisseauxmusculature lisse est souvent instable, il change sanguins prédomine dans cette catégorie de muscles.par modification du rythme avec une fréquence La contraction occasionnée par cet allongement est lun des mécanismes qui permettent lautorégulationet une amplitude basses (par exemple 3-15/min des débits périphériques (cf. p. 176).et 10-20 mV pour le tractus intestinal). Si la 2. Le deuxième type de muscle lisse, dit multiunitaire,dépolarisation en rapport avec des ondes se rencontre dans la plupart des vaisseaux sanguinsdexcitation lentes dépasse un certain seuil, un mais aussi à une moindre échelle dans liris et lestrain de potentiels daction (spikes) est corps ciliaires. Ici. lexcitation dépend moins duproduit, dont le nombre et la fréquence sont muscle lui-même que du système neurové-dautant plus élevés que la dépolarisation gétatif : cest le tonus neurogène. Ce type despontanée est lente. Environ 150 ms après ces muscle lisse ne possède pas de gap junctions,pointes, apparaît une contraction qui augmente aussi lexcitation reste-t-elle souvent localisée àpuis diminue lentement et dont le maximum est lunité motrice (cf. p. 32, Muscle lisseatteint 500 ms après le potentiel de pointe (A, multiunitaire).diagramme de gauche). La contraction estdautant plus longue que le nombre de spikes Outre lacétylcholine et ladrénaline,est élevé ; aussi, est-il possible détablir une médiateurs des terminaisons nerveuses ducomparaison avec le muscle squelettique. Pour système nerveux végétatif (cf. p. 54 et suiv.), lesde faibles spikes, on observe déjà une fusion hormones agissent aussi sur la musculaturedes secousses (tétanos, cf. p. 40). A la suite de lisse. Ainsi par exemple, le muscle utérin estces contractions continues, il se produit dans la sensible aux œstrogènes, à la progestérone etmusculature lisse un état plus ou moins à locytocine (cf. p. 262 et suiv.) ;important de contraction appelé « tonus ». Pour le muscle lisse vasculaire est, quant à lui,certains muscles lisses, le spike reste sensible à lhistamine, à langiotensine II, àlongtemps en plateau et rappelle ainsi le PA du lhormone antidiurétique, à la sérotine, à lacœur (A, diagramme du milieu). bradykinine. etc.Comme dans les autres types de muscle, le Il existe aussi une courbe tension-longueur pourpotentiel membranaire des muscles lisses est la musculature lisse (cf. p. 42 et suiv.) ; ici, onsouvent dépendant du gradient de K+ (cf. p. 24). voit cependant que, pour un allongementLe flux entrant de Ca2+ (depuis le milieu donné, la tension développée diminueextracellulaire) est à lorigine des contractions progressivement. Cette propriété est appeléede la musculature lisse, et le rôle de la plasticité du muscle lisse. Les conséquencestroponine (du muscle squelettique, cf. p. 34) est de cette plasticité peuvent être observées parvraisemblablement favorisé dans le muscle lisse exemple au travers des possibilités depar la calmoduline (cf. p. 17). distension de la vessie : la tension exercée par les parois musculaires (et donc la pressionA partir de la nature de leur excitation, il est interne) augmente dans un premier tempspossible de distinguer deux types de muscles lorsque la vessie est presque pleine, et cest àlisses : ce moment-là seulement que se produit le1. Les muscles lisses présents dans la paroi des besoin duriner.organes creux (muscle lisse viscéral) comme
    • 46 Nerf et MuscleLes sources dénergie de la contraction lyse aérobie du glucose beaucoup plus productricemusculaire dénergie. Si cependant, pour des exercices plus difficiles, la production dénergie aérobique estLénergie mécanique de la contraction mus- insuffisante pour couvrir les besoins, la glycolyseculaire provient directement de lénergie chi- anaérobie commence dans le même temps. Lemique (ATP ; cf. p. 20). Elle est stockée dans le glucose sanguin nest pas dégradé en acide lactiquemuscle, surtout sous forme de glycogène (le gain dénergie dans ce cas nest que de | 2 moles(environ 100µmol dunité glucose/g de muscle). dATP/mole de glucose, alors | qu1 ATP estLhydrolyse du glucose (glycolyse, B) entraîne nécessaire pour la phosphorylation du glucose). Cette voie énergétique est i de toute manière limitée parla formation dadénosine triphosphate (ATP), laccumulation dacide lactique, lequel est tamponnémolécule riche en énergie. Cest la source sous forme de lactate (p. 110).directe de lénergie de la contractionmusculaire (A). Par suite du glissement des Le prolongement de lactivité musculaire est seulement possible si lénergie est produite parfilaments, lATP se transforme en ADP. hydrolyse aérobie du glucose (2 + 34 molesmolécule moins riche en énergie (cf. p. 38). dATP/mole de glucose !) et des acides gras (B3). LeCette hydrolyse de lATP ne nécessitant pas débit sanguin musculaire, la performance cardiaque, lad’oxygène, la contraction musculaire peut se respiration etc. doivent être augmentés jusquàpoursuivre en snaérobiose. LATP utilisé est permettre un apport énergétique suffisant aux musclespresque aussitôt régénéré. Trois processus (la fréquence cardiaque devient alors stable ; p. 49, B).peuvent être utilisés : Plusieurs minutes sécoulent avant que cet « état1. lhydrolyse de la créatine phosphate (A) stable » ne soit atteint ; pendant ce temps les besoins sont couverts, dune part par une production est une source dénergie rapidement énergétique anaérobique (voir ci-dessus), dautre part, disponible, mais elle est limitée, par utilisation des réserves doxygène du muscle2. la glycolyse anaérobie, par exemple la (myoglobine) et par une augmentation de lextraction dégradation du glycogène ou du glucose en de loxygène du sang. Le passage dune phase à une acide lactique, autre est souvent perçu comme un moment3. la phosphorylation oxydative provient de la dépuisement et de fatigue. combustion du glucose en présence dOs, ce La puissance maximale atteinte par des athlètes de qui donne du CO2 et de leau (B et cf. p. 196) haut niveau est denviron 370 W et dépend ; cette réaction libératrice de beaucoup dATP premièrement de la rapidité de lapport dO 2 et de ne dépend pas uniquement de l02, cest en lhydrolyse anaérobie du glucose et des acides gras. Si effet un procédé relativement lent. cette limite est dépassée, léquilibre entre le métabolisme et la fonction cardiovasculaire nest pasLa créatine phosphate (CP) : le muscle obtenu (la fréquence, par exemple, continuecontient une réserve dénergie rapidement daugmenter; cf. p. 49). Bien que lapport énergétiquedisponible, la créatine phosphate. Cette énergie puisse être temporairement augmenté par continuation de la glycolyse anaérobique (voir ci-importante présente dans les liaisons dessus) lacide lactique formé diminue le pH,phosphates peut être reformée à partir de lADP simultanément aux niveaux musculaire et systémique.(en anaérobiose), lATP est ainsi régénéré (B1). En conséquence les réactions chimiques nécessairesAlors que la concentration en ATP denviron 5 à la contraction musculaire sont inhibées, aboutissantµmol/g de muscle permet à peu près 10 ainsi à un manque dATP et à lapparition dune fatiguecontractions musculaires, celle de la créatine entraînant larrêt de lexercice.phosphate est de lordre de 25 µmol/g de Lors de lhydrolyse de la CP et de la glycolyse aérobie,muscle et permet dobtenir les 50 contractions lorganisme contracte une dette dO2, qui permetsuivantes avant que les réserves ne soient daccomplir des performances brèves denviron 40 s,épuisées. Grâce à lénergie de la ceci étant consécutif à une oxydation aérobiquephosphocréatine, un exercice court (10 à 20 s) relativement lente du glucose. Pendant la phase de récupération, la dette d’O2 (maximum denviron 20 I)mais important (par exemple une course de doit être remboursée, ce qui explique que la100 m) peut être accompli. consommation dO2 reste encore relativement élevéePour les exercices de plus longue durée, le glycogène pendant quelques minutes, bien que le sujet soit aumusculaire doit être dégradé. La glycolyse anaérobie repos. Le maintien dune activité cardiaque etcommence plus tardivement que la dégradation de la respiratoire élevée durant la phase de récupération estcréatine phosphate (au maximum après 0,5 min). Les une des raisons qui font que plus dO2 doit êtreréserves de glycogène du muscle sont transformées remboursé par rapport à ce qui a été emprunté. Lesen acide lactique via le glucose-6-phosphate, avec transformations énergétiques ayant lieu durant laproduction de 3 moles dATP par mole de glucose récupération permettent principalement de reconstituer(B2). Pour des exercices légers, ce type de formation les réserves de CP, dO 2 et de glycogène, utilisant endATP est suivi après environ 1 minute par une hydro- partie le lactate accumulé.
    • 48 Nerf et Muscle systolique (cf. p. 160) sélève jusquà une valeur de 25Lorganisme lors de lexercice kPa (185 mmHg), tandis que la pression diastoliquemusculaire demeure inchangée.On peut distinguer trois types de travail musculaire : Laugmentation du débit cardiaque ne vient pas1. le travail dynamique « positif » : on observe une seulement de laugmentation des besoins musculaires, alternance de phases de contraction fournissant mais aussi de la nécessité daugmenter le débit cutané certaines performances et de phases de (pour évacuer la chaleur produite; cf. p. 192 et suiv.); relâchement (par exemple lors dune ascension en montagne). pendant ce temps, les débits sanguins du rein2. le travail dynamique « négatif » : ici un et de appareil digestif deviennent inférieurs à allongement musculaire limité (travail de freinage) leur valeur de repos (A). alterne avec une contraction sans post-charge (par exempte lors dune descente en montagne). Le débit sanguin cutané (environ 0,5 l au repos)3. le travail de maintien statural (par exemple lors de augmente jusquà environ 2 l/min lors de travaux la position de repos debout). pénibles mais retrouve sa valeur de repos durant lesPour un certain nombre dactivités, il y a combinaison exercices maximum prolongés. En conséquence, lade deux ou trois de ces types de travail. température centrale augmente ; ce facteur limite ainsi les exercices musculaires maximum à une courteLors de lexercice musculaire dynamique rythmé (ou durée.répété), un travail mécanique est effectué verslextérieur, alors quau cours du travail de maintien Pour un exercice de faible ou de moyenne puissance,postural, ce nest plus le cas puisque le produit de la la lactatémie et la fréquence cardiaque atteignentforce par le déplacement est nul (force X déplacement rapidement une nouvelle valeur qui reste en plateau= 0; cf. p. 327). Pourtant, il y a là aussi dépensedénergie chimique (elle est totalement transformée en tant que dure lexercice (pas de signe de fatigue) ; parchaleur : conservation de lénergie). La mesure de contre, pour un exercice de puissance élevée, celui-cicette dépense dénergie correspond au produit de la doit être interrompu après un bref laps de temps, car leforce musculaire par le temps de travail ou de maintien cœur ne peut plus atteindre le niveau de travail requisde lexercice. (B).Lors dun travail musculaire important, les muscles Le débit ventilatoire sélève et passe de 6-8 l/minnécessitent 500 fois plus doxygène que lors du repos (valeur de repos) à 100 l/min (C1, 3). Cettemusculaire. Simultanément, lorganisme doit évacuer modification est possible grâce à une augmentation deles produits de déchets du métabolisme ; CO2 et la fréquence respiratoire (C2) et du volume courant. Lalactates (cf. p. 46) sont en effet accrus. Aussi, le combinaison dune augmentation simultanée de latravail musculaire provoque des actions régulatrices au ventilation et du débit cardiaque permet déleverniveau du système cardiocirculatoire et respiratoire. lextraction dO2 de 0,3 l/min (au repos) à 4-5 l/minDébit sanguin (A) : laugmentation du débit (C4).sanguin est la conséquence de modifications Lextraction dO2 au niveau des capillaires tissulaireschimiques locales du sang : augmente, parce que lacidose métabolique (cf. p. 114)cette action locale vasodilatatrice est consécutive à consécutive à laccumulation dacide lactique (cf. p. 46)laugmentation de la PCO2 à la diminution de la PO2, et et laugmentation de la température (cf. p. 101 )du pH ainsi quà laccumulation de lactates, etc. (cf. p. déplacent la courbe de dissociation de46). Lors du simple travail de maintien, cette élévation loxyhémoglobine vers la droite.de débit peut parfois être entravée par la contractionpermanente du muscle qui comprime ses propres Lentraînement chez un sportif ne sert pas seulement àvaisseaux. Cest pourquoi le muscle se fatigue plus accroître sa musculature ou améliorer son adresse : savite lors du travail statique de maintien postural que lactatémie augmente plus faiblement et par là mêmelors de lexercice dynamique (travail périodique). plus tardivement que chez le non entraînéCœur : lors de lexercice musculaire maximal, le débit (sédentaire). Ceci provient du fait que lentraînementsanguin musculaire est augmenté grâce à lélévation accroît le nombre de mitochondries, ce qui permet unedu débit cardiaque ; celui-ci atteint 25 l/min environ, meilleure utilisation du glucose par la voie dusoit 4 à 5 fois la valeur de repos (débit cardiaque ; cf. métabolisme oxydatif aérobie.p. 154) ; il peut même atteindre 30 l/min pour Lentraînement sportif accroît le volume systolique et lecertains exercices. Ceci est | obtenu par élévation de volume courant, ce qui entraîne la diminution des fréquences cardiaque et respiratoire de repos, maisla fréquence cardiaque (B), ainsi que par permet également dobtenir pendant lexercice un débitaugmentation du volume systolique denviron 1,2 cardiaque et ventilatoire supérieur à celui des sujetsfois le volume de repos. La pression artérielle non entraînés.
    • 50 Système nerveux végétatifOrganisation du système nerveux suiv.) : le système sympathique et le systèmevégétatif parasympathique. Les centres végétatifsLe système nerveux (SN) de la «vie de relation» correspondant se situent, pour le système(nerfs des muscles squelettiques, de la sympathique dans la moelle thoracique etsensibilité superficielle, des organes des sens, lombaire, pour le système parasympathiqueetc.) répond en général aux stimuli externes par dans le tronc cérébral (en ce qui concerne lesune réponse vers lextérieur (réflexe de fuite par yeux. les glandes et les organes innervés par leexemple) (cf. p. 280). Beaucoup dactivités du nerf vague) et dans la moelle sacrée (en ce quiSN somatique sont sous le contrôle de la concerne la vessie, une partie du gros intestinvolonté et se déroulent consciemment. Le SN et les organes génitaux; A). Les fibresvégétatif, par contre, régule les fonctions sympathiques préganglionnaires de la moelleorganiques internes, les adapte aux besoins épinière se terminent dans les ganglions dudu moment et contrôle les fonctions dites tronc sympathique, dans les ganglions du cou etvégétatives de lorganisme. Comme ces de labdomen ou dans les ganglions terminaux.activités échappent au contrôle volontaire, le SN Cest là que se transmet le signalvégétatif est aussi appelé SN autonome. cholinergique (le neuromédiateur étant lacétylcholine ; cf. p. 54) aux fibres post-A la périphérie, le SN végétatif et le SN de la vie ganglionnaires. Ces fibres post-ganglionnairesde relation sont anatomiquement et fonction- sont adrénergiques : elles stimulent les organesnellement bien séparés, alors quil existe des terminaux (excepté les glandes sudoripares)liens étroits entre les deux au niveau du SN grace à la noradrénaline qui joue ici le rôle decentral (cf. p. 232 et 290). médiateur (A et cf. p. 56).Larc réflexe (cf. p. 278 et suiv.) avec ses voies Les fibres préganglionnaires du systèmeafférentes [vers le système nerveux central parasympathique partent du cerveau,(SNC)] et ses voies efférentes (vers la empruntent les nerfs crâniens et gagnent lespériphérie) symbolise la base fonctionnelle du muscles et glandes de la tête (nerfs III, VII etSN végétatif. Les fibres afférentes véhiculent IX) et les organes du tronc et des membresles informations relatives à la douleur et celles (nerf X). Les fibres nerveuses de la moellequi émanent des mécano- et chémorécepteurs sacrée atteignent les organes pelviens pardes poumons, du tube digestif et du système lintermédiaire des nerfs pelviens. Lesvasculaire. Les fibres efférentes commandent ganglions du système parasympathique seles réponses réflexes des muscles lisses (cf. p. situent à proximité ou même à lintérieur de44) des différents organes (vaisseaux sanguins, lorgane cible. Le neuromédiateur du systèmeyeux, poumons, appareil digestif, vessie, parasympathique est lacétylcholine, aussiorganes génitaux, etc.) et le fonctionnement du bien dans le ganglion que dans lorganecœur (cf. p. 166) et des glandes (cf. p. 204 et terminal (cf. p. 54).suiv.). Les voies périphériques efférentes du SN La plupart des organes sont innervés par lesvégétatif se composent de fibres deux systèmes : sympathique et parasympa-préganglionnaires qui entrent en synapse thique ; ainsi, leur réponse à chacun des deuxavec les fibres post-ganglionnaires dans les systèmes peut être opposée (antagoniste.ganglions. Des réflexes simples peuvent se dans le cœur par exemple) ou presquedérouler à intérieur dun organe (cf. p. 210). identique (dans les glandes salivaires parPar contre, les mécanismes plus complexes exemple; cf. p. 204 et suiv.). La médullo-sont contrôlés par les centres végétatifs surrénale est une glande mixte, à la foissupérieurs du SNC dont lhypothalamus (cf. ganglion sympathique et glande à sécrétionp. 290) est le centre dintégration le plus élevé ; hormonale : des fibres préganglionnaires duil englobe le SN végétatif dans lélaboration de système sympathique y libèrent de ladrénalineses programmes. Le cortex est un niveau et de la noradrénaline dans la circulation (cf. p.supérieur dintégration du SNC avec les autres 58).systèmes. Il existe aussi dautres types deréflexes dans lesquels le système nerveuxvégétatif comme le SN somatique sont séparés.Le SN végétatif se compose de deux partiesdistinctes tant du point de vue anatomique quedu point de vue fonctionnel (A et cf. p. 52 et
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    • 54 Système nerveux végétatifLacétylcholine comme neuromédiateur peut atteindre plusieurs centaines de Hz, dans les motoneurones par exemple (cf. p. 32), leLacétylcholine (ACh) est le neuromédiateur clivage de lACh doit se faire en quelques msau niveau : 1 ) de toutes les terminaisons pour permettre une repolarisation de lanerveuses végétatives préganglionnaires , 2) membrane entre deux potentiels dactions (cf. p.de toutes les terminaisons nerveuses 26 et suiv.).végétatives parasympathiques post-gan- Par contre, la dégradation (hydrolyse) deglionnaires, 3) de quelques terminaisons lacétylcholine des terminaisons post-gan-sympathiques post-ganglionnaires (cf. p. 53) ; 4) glionnaires (avec une fréquence de déchargede la jonction neuromusculaire (cf. p. 32) et 5) moindre) est beaucoup moins rapide.de quelques synapses du SN central. Quelquesinnervations cholinergiques sont à lorigine de On peut mettre en évidence deux types delactivité de certains organes (par exemple le récepteurs cholinergiques :muscle squelettique) tandis que dautres 1. Les récepteurs nicotiniques [ganglionsmodifient lactivité intrinsèque dautres organes végétatifs, plaques motrices terminales des(par ex. le muscle lisse ou le système de muscles squelettiques, médullosurrénale, etconduction de lexcitation du cœur). aussi certains endroits du SNC). En plus deLa synthèse de FACh seffectue dans le leur réponse à lACh, ces récepteurs sont stimulés par la nicotine, qui toutefois a unecytoplasme des terminaisons nerveuses à partir action inhibitrice à concentration élevée. Lesde la choline et de lacétyl CoA. Lacétylcoen- récepteurs nicotiniques ne forment pas,zyme A (Ac. CoA) (acide acétique « activé ») se semble-t-il, un groupe homogène : quelquesforme dans les mitochondries. Son groupement agents cholinergiques exciteurs ou inhibiteursacétyl se fixe sur la choline grâce à la choline modulent la transmission cholinergique par leacétylase, enzyme synthétisée dans le soma de moyen de ces récepteurs, par exemple dansla cellule nerveuse et transportée le long de les cellules ganglionnaires et la plaquelaxoplasme (cf. p. 22) vers la terminaison motrice, de manière tout à fait sélective, alorsnerveuse. La choline ne peut être synthétisée que leffet inhibiteur du curare qui dérive de ladans le nerf ; elle est captée dans le milieu d-tubocurarine est partout identique.extracellulaire (ME) par transport actif (cf. p.11). Ce transport constitue le facteur limitant de 2. Les récepteurs muscariniques (à certainsla vitesse de synthèse de lACh. Dès sa endroits du SNC et sur les organes cibleslibération dans la fente synaptique, lACh est cholinergiques parasympathiques) sontdégradée en choline qui est à son tour aussitôt stimulés par la muscarine (en plus de lAch).recaptée par la cellule nerveuse (A). Cette substance na pas deffet sur les récepteurs nicotiniques. Latropine inhibe lesStockage et libération dACh : dans la terminaison récepteurs muscariniques du cœur, desnerveuse, lACh est emmagasinée dans des vésicules(cf. p. 32). La quantité dACh contenue dans les muscles lisses, du SNC, etc.vésicules reste constante car la synthèse dACh En thérapeutique, on utilise le carbachol et lasadapte en permanence à la quantité dACh libérée. pilocarpine pour leurs effets excitateurs sur leLe quantum dACh emmagasiné ou libéré par parasympathique {parasympathicomimétiques directs}.vésicule (cf. p. 32) contient environ 4 000 molécules Ils sont dégradés plus lentement que lACh par lACh-dACh. Larrivée dun potentiel daction présynaptique estérase. Les parasympathicomimétiques indirects 2+libère, consécutivement à une entrée de Ca (néostigmine, entre autres) agissent en inhibant lACh-(extracellulaire), plusieurs centaines de tels quanta (cf. estérase. Potentiellement, de tels agents anti ACh-p. 30 et suiv.) permettant létablissement dun PPSE estérase peuvent 1) stimuler les récepteurs muscarini-(cf. p. 30). Ce passage dun potentiel présynaptique à ques des organes effecteurs autonomes (par ex.un potentiel post-synaptique est dû à un changement contraction prolongée des bronches), 2) stimuler etdes propriétés membranaires : FACh augmente la consécutivement paralyser a) des récepteursperméabilité ou la conductibilité de la membrane nicotiniques des ganglions autonomes et des muscles 2+aux ions Na+. K+ et Ca (A et p. 16. F) ; au niveau du squelettiques et b) des récepteurs muscariniques ducœur, lacétylcholine ne modifie que la conductibilité SNC. Cependant des doses thérapeutiques de tels +aux ions K (cf. p. 166). agents ne causent quune part de ces effets alors queLeffet de FACh sarrête avec le clivage de la presque tous les effets sont observés aux doses élevées toxiques ou létales. Quelques insecticidesmolécule par une enzyme : lacétyl- agissent ainsi, par ex. le paraxon qui est le métabolitecholinestérase (ACh-estérase). actif du parathion (E 605).Comme la fréquence des potentiels daction
    • 56 Système nerveux végétatifLa noradrénaline -Les récepteurs adrénergiques jouer le rôle de messager accessoire (cf. p. 244 etLa noradrénaline (NA) ou norépinéphrine est suiv.).le médiateur de la plupart des terminaisons Les récepteurs α2 se rencontrent, notamment, dans lenerveuses sympathiques post-ganglionnaires et SNC, les reins, lutérus, les glandes parotides, lede quelques synapses du SNC localisées pancréas, les mastocytes (dégranulation) et dans lesparticulièrement dans lhypothalamus. thrombocytes ou plaquettes sanguines (agrégation)Ladrénaline (A) ou épinéphrine est libérée aussi bien quau niveau de certaines membranespar la médullosurrénale (cf. p. 58). présynaptiques (voir ci-dessous), par exemple dans les neurones cholinergiques du tractus gastrointestinal. LaLes fibres nerveuses amyéliniques sympathi- liaison de lA et de la NA avec les récepteurs α2 se faitques post-ganglionnaires sont boursouflées par par lintermédiaire de la protéine G, en inhibant ladényldes varicosités (en collier de perles) (A, en cyclase (cf. p. 242 et suiv.).haut). Ces varicosités établissent un contact On distingue également deux types de récepteurs β,synaptique avec lorgane cible (A) et sont aussi dont la plupart utilisent lAMPc comme secondle lieu de synthèse et daccumulation de la messager (cf. p. 242 et suiv.).noradrénaline. Laugmentation de la concentration intracellulaire en 2+ Ca se fait par leur moyen. Ceci aboutit à des effetsSynthèse de la NA : La membrane cellulaire chrono, dromo et inotrope positifs au niveau du cœur,des fibres nerveuses portant ces varicosités et à une libération accentuée de rénine au niveau duprélève, par un phénomène de transport actif, la rein (cf. p. 59, B).L-tyrosine. qui est le précurseur de la synthèse Lemploi dagonistes spécifiques (par ex. lede la NA (A). La conversion de la L-tyrosine en fenoterol) permet de localiser les β2 récepteurs;L-dihydroxyphénylalanine ou L-dopa estcatalysée par la tyrosine hydroxylase. Cette les agonistes β1 (comme la NA) nont quun effetréaction enzymatique est accélérée par Na+ et relativement faible sur ces récepteurs. Les β2Ca2+ et inhibée par le produit terminal de la récepteurs agissent en diminuant la concen-chaîne, cest-à-dire la NA (rétro-action ou feed- tration de Ca2+ et aboutissent par ce moyen àback négatif). une dilatation des vaisseaux sanguins et des bronchioles, à une libération dinsuline et à uneLa NA est stockée dans de grosses vésicules augmentation de la lipolyse (cellule adipeuse) etgranuleuses sous forme de complexe micellaire de la glycogénolyse (foie).(cf. p. 218). La libération de la NA survientlorsquun potentiel daction atteint la synapse. Laction de la NA est stoppée par troisLarrivée de ce potentiel daction entraîne mécanismes :lapparition dun courant de Ca2+, lequel joue un 1. diffusion de la NA de la fente synaptique vers letrès grand rôle. Toutefois, le mécanisme de sang (Al) ;lexocytose de la NA nest pas en lui-même 2. dégradation extraneuronale de la NA de la fenteconnu. synaptique (dans le cœur, les glandes et lesRécepteurs adrénergiques (cf. aussi p. 59, B) : On muscles lisses) par la catéchol-o-méthyltransférasedistingue deux types principaux de récepteurs : les (COMT) et la mono-amine-oxydase (MAO) des mito-récepteurs α et les récepteurs β selon leur sensibilité chondries (A2) ;aux trois substances adrénergiques : ladrénaline, la 3. recaptage de la NA (70%) dans la terminaisonnoradrénaline et lisoprotérénol (IPR) (ce dernier ne présynaptique (A3) par transport actif, tandis quese présente pas physiologique-ment) : les récepteurs α dans la cellule, la NA libre est inactivée par la mono-sont plus sensibles à la NA, les récepteurs β à lIPR amine-oxydase (MAO) des mitochondries.alors que lA agit modérément sur les deux types de La NA de la fente synaptique agit aussi sur lesrécepteurs. récepteurs a; présynaptiques, inhibant ainsi laOn distingue deux types de récepteurs α : α1 libération dautres vésicules de NA (cf. p. 59, A). Ces récepteurs présynaptiques ganglionnaires existentet α2 différenciables par leurs agonistes ou aussi (par exemple dans les oreillettes) au niveau desantagonistes spécifiques. Les récepteurs α1 terminaisons cholinergiques. Inversement, il existe desprédominent dans les glandes salivaires (augmentation récepteurs acétylcholinergiques (muscariniques) aude la sécrétion de K+ et H2O) et dans le muscle lisse : niveau de terminaisons adrénergiques. Les actions op-contraction des artérioles, de lutérus, des bronchioles, posées de ces deux types de récepteurs permettentdes sphincters des tractus urinaire et digestif, de dune certaine manière dassurer la régulationlartériole efférente du glomérule, du muscle dilatateur périphérique entre le tonus sympathique et le tonuspupillaire, etc. Le second messager est linositol parasympathique. 2+triphosphate : le Ca et le GMP cyclique peuvent
    • 58 Système nerveux végétatifLa médullosurrénale rénales ne libèrent que de petites quantités dA et de NA. Cependant lors dactivitésLa médullosurrénale est une glande endocrine physiques plus importantes ou lors du stressjouant le rôle dun « transducteur ». Dans la ou détats émotionnels, leur libération augmentemédullosurrénale, les influx nerveux considérablement. Ainsi, des cellules qui neélectriques (fibres sympathiques pré- sont pas innervées par les voies sympathiquesganglionnaires ; cf. p. 51 et suiv.) sont peuvent participer à des réactions dalarme.transformés en signaux hormonaux [adréna- Les facteurs de libération des catécholaminesline (A), noradrénaline (NA)] qui sont des par la médullosurrénale, par suite dunecatécholamines. Dans la médullosurrénale, augmentation de lactivité sympathique sont parcomme dans toutes les terminaisons nerveuses ex : le travail physique, le froid, le chaud,préganglionnaires, le neuromédiateur est lhypoglycémie (faible teneur sanguine enacétylcholine (ACh) qui, en se fixant sur la sucre), la douleur, le manque doxygène, lamembrane post-synaptique, provoque la baisse de la pression artérielle, la peur etlibération de NA et de A (par exocytose, cf. p. lénervement («stress»). Le centre de13 et 19). commande est lhypothalamus (cf. p. 290).La synthèse et le stockage des catéchola- Le rôle principal des catécholamines libérées enmines se déroulent de la même manière que situation dalarme (cf. p. 290) est de mobiliser ledans les terminaisons nerveuses sympathiques stock dénergie chimique (lipolyse,postganglionnaires (cf. p. 56), mais, du fait de la glycogénolyse ; cf. p. 247) et par là de fournirprésence dune enzyme supplémentaire, la suffisamment de combustible (acides gras,phényl éthanolamine-N-méthyltransférase, la glucose) à tous les muscles en activité. Le bilanplus grande partie de la NA est transformée en potassique est aussi influencé par lesA. Le précurseur de la NA, la dopamine (qui catécholamines (cf. p. 148).dérive de la L-tyrosine via la L-dopa), est captépar les granules. La suite et la fin de la synthèse Dans les muscles squelettiques, les catécho-se terminent au niveau des granules ; la NA lamines agissent sur lAMP cyclique (cf. p. 242),sera stockée dans 15 % de ceux-ci. Dans les 85 enzyme qui accélère la dégradation du% restants, la NA nest pas stockée mais glycogène et la formation de lactate (cf. p. 46).transférée dans le cytoplasme où elle est Par leur effet inotrope positif (récepteurs β1 ; Bpartiellement convertie en A, laquelle est à son et cf. p. 56) sur le cœur, les catécholaminestour recaptée par les granules. Le captage de la augmentent le volume systolique et le débitdopamine, de la NA et de lA se fait par un cardiaque et élèvent, par conséquent, laprocessus actif. Les granules contiennent non pression artérielle. En même temps, lirrigationseulement des lipides, mais également des du tractus digestif est réduite au profit de celleprotéines (chromogranine) et dautres des muscles (B et cf. p. 46).substances, notamment 1 mole dATP par mole Ladrénaline renforce également la transmissionde catécholamine. adrénergique (cf. p. 56). En se liant aux β2Régulation de la synthèse des catécho- récepteurs des varicosités des fibreslamines : La synthèse est accélérée lors des postganglionnaires sympathiques, elle induit ladécharges brutales par la diminution du niveau libération de NA par ces dernières.de Na (des vésicules) qui, en conséquence, Lors dun stress, les catécholamines stimulent lalève linhibition par feed-back de la tyrosine libération dhormones (cf. p. 261) danshydroxylase (cf. p. 56). La stimulation chronique lhypothalamus, déclenchant le renouvellementaugmente également lactivité de lenzyme des stocks dénergie épuisés. Ces hormonespermettant la conversion de la dopamine en Na. atteignent leur taux le plus élevé dans le sangLACTH (cf. p. 240) est impliquée dans ce environ 4 h après la réaction dalarme.processus. Par opposition, le cortisol (arrivant (Pour le texte de A, cf. p. 56).directement à concentration élevée du cortexsurrénalien, cf. p. 260) stimule lactivité de la N-méthyl-transférase, augmentant ainsi le rapportA : NA. Le rapport liant les quantités de NA et Alibérées varie selon les espèces et lactivitésympathique (voir ci-dessous). Au repos oupour un faible niveau dactivité, les médullosur-
    • 60 SangComposition et rôle du sang présente à raison de 160 g/l de sang chez lhomme, de 145 g/l chez la femme) et lanhydrase carbonique (cf.Chez ladulte, le volume sanguin représente p. 96 et suiv. 144 et suiv.). Un globule rouge renfermeenviron 6 à 8 % de son poids corporel. Un litre 28-36 pg Hb (Concentration Moyenne en Hémoglobinede sang renferme 0,46 l de globules chez CMH = [Hb] / nombre de GR).lhomme et 0.41 l chez la femme. Cette valeur, La forte concentration cellulaire en hémoglobineexprimée soit en pour cent (46%), soit en (environ 300 g/l, nombre dérythrocytes = [Hb] /fraction de l (0.46), est appelée hématocrite (cf. hématocrite) impose, afin de rétablir léquilibrep. 65. A). Normalement, 1 mm3 (1 µI) de sang osmotique avec le plasma environnant, la nécessitécontient 5 X 106 (5 millions) érythrocytes chez dune réduction permanente de la teneur enlhomme (4.5 X 106 chez la femme). 4 000 à électrolytes des globules rouges. Cette fonction est10000 leucocytes et 0.15 à 0.3 X 106 assurée par les systèmes membranaires de transport + + actif NA - K lesquels tirent leur énergie du glucose,thrombocytes (plaquettes). Environ 67% des (cf. p. 47, B).leucocytes sont des granulocytes, 27 % deslymphocytes et 6 % des monocytes. Comme dans les autres cellules (voir par ex. p. 24 et suiv.), le potentiel membranaire (consécutif dans le GRLe plasma constitue la phase aqueuse du sang. Son à laccumulation de K+), reflue les ions Cl- de lintérieurosmolarité (cf. p. 8) est denviron 290 mosm/l. Il de la cellule (EIC), ce qui aboutit à laugmentationcontient entre autres 70-80 g de protéines par l dont souhaitée de pression osmotique intracellulaire (cf. p.environ 60 % dalbumines. 4 % dα1 globulines. 8 % 24) jusquà lisotonicité du milieu (cf. p. 336). De plusdα2 globulines. 12% de β-globulines et 16% de γ- (secondairement) le mouvement actif des ions Cl-globulines (cf. p. 74 et suiv.). Le fibrinogène (3 %) est augmente [Cl-] EIC au dessus de la concentrationune autre protéine plasmatique. Lors de la coagulation déquilibre (cf. p. 24). En conséquence, le rapportsanguine (cf. p. 64 et suiv.), le fibrinogène précipite en entrée active/sortie passive des ions Cl- détermine[Cl-]fibrine, le caillot ainsi formé laissant exsuder le sérum. EIC. Ainsi, par modification de ce rapport, le volumeLe sérum et le plasma diffèrent uniquement par leur des GR (et des autres cellules) peut être régulé (lecontenu en fibrinogène. volume globulaire moyen dun GR = VGM = 93 •10- I). 3Parmi les fonctions du sang, il faut citer le transportde nombreuses substances (O2, CO2, substances La production des érythrocytes est principalementnutritives, produits métaboliques, vitamines, contrôlée par un mécanisme hormonal. Le déficit en O2électrolytes. etc.), le transport de chaleur (hypoxie) accroît la production et la libération dune(réchauffement, refroidissement ; cf. p. 192), la hormone, lérythropoïétine, qui stimule la formationtransmission de signaux (hormones, cf. p. 232), le des érythrocytes par la moelle osseuse (A. en haut).pouvoir tampon (cf. p. 110), la défense contre des Plus de 90 % de lérythopoïétine est produit dans lessubstances étrangères (cf. p. 66 et suiv.). Outre leur gloméruies du rein, le reste essentiellement dans lerôle dans la défense immunologique, les protéines foie. Quand la masse globulaire augmente et corrigeplasmatiques participent au maintien de la pression par là même lhypoxie, la synthèse de lérythropoïétinecolloido-osmotique (ou pression oncotique) (cf. p. 336), diminue dans les quelques heures (par rétrocontrôleau transport de substances non hydrosolubles négatif). Lérythropoïèse est aussi sous la dépendance(lipoprotéines, p. 222) et à la protection de du SNC, qui peut stimuler la moelle et lui fairenombreuses substances (comme lhème) contre la décharger les GR stockés en son sein.dégradation ou lélimination rénale. Les protéines sont La durée de vie des érythrocytes est de 120aussi susceptibles de neutraliser lefficacité osmotique jours environ. Dans la pulpe de la rate, lesde substances dissoutes en se combinant à elles. La globules rouges quittent continuellement lesliaison des médicaments et des substances toxiquesaux protéines diminue les effets thérapeutiques et artérioles pour arriver après passage à traverstoxiques mais, en contrepartie. leur excrétion rénale des pores étroits dans le sinus de la rate. Auest moins rapide (cf. p. 10 et 127. B). voisinage de ces pores, les érythrocytes âgésLes érythrocytes (globules rouges, GR) sont formés sont expulsés et détruits. Leurs débris sontdans la moelle osseuse. Le fer, les cobalamines et ensuite phagocytés et détruits par le systèmelacide folique sont indispensables à leur formation. réticulo-endothélial (SRE) de la rate, du foie etChez le fœtus, les érythrocytes sont également pro- de la moelle osseuse (A). Lhème libéré auduits dans la rate et le foie. Dans la moelle, les GR cours de hémolyse est dégradé en bilirubineimmatures sont nucléés, mais ils perdent leur noyau (cf. p. 216). Le fer de lhémoglobine est recyclé.lorsquils gagnent le flux sanguin. Ils se présentent Dans Ianémie sphérocytaire par exemple, lasous forme de disques (environ 7.5 x 2 µm) pouvantfacilement passer à travers les petits capillaires, ce qui résistance des érythrocytes (résistancefacilite les mécanismes déchanges avec les tissus osmotique) est réduite, entraînant uneenvironnants. diminution considérable de leur durée de vie.Les érythrocytes ont pour fonction essentielle le Ce processus peut être partiellement enrayé partransport de lO2 et du CO2 entre les poumons et les lablation de la rate.tissus. Ce transport est assuré par lhémoglobine (Hb,
    • 62 SangMétabolisme du fer -Erythropoïèse et cœur, muscles, etc.) représente une réserve deanémies fer rapidement disponible, alors queLa teneur totale en fer (Fe) de lorganisme est lhémosidérine est plus difficilement mobi-de lordre de 45 mmol (1 mmol = 55,8 mg) chez lisable. La majeure partie du fer se trouve dansla femme et approximativement 60 mmol chez les érythrocytes de la moelle osseuse (≈ 0.54lhomme : 60 à 70 % sont liés à lhémoglobine mmol/j), le fer des cellules déficientes (≈ 1/3)(Hb). 10 à 12% se trouvent sous forme de fer étant aussitôt libéré dans les macrophages de«fonctionne» (myoglobuline, enzymes la moelle osseuse et donc de nouveaucontenant du fer comme les catalases) et 16 à disponible (A). Les érythrocytes âgés sont29% forment le fer de réserve (ferritine, également phagocytés par les macrophages (cf.hémosidérine. A). La quantité de Fe absorbée p. 60, 66 et suiv.). Le fer qui en résulte et qui estavec les aliments varie selon lalimentation et lié à lhème de lhémoglobine est absorbé paratteint environ 0.2 mmol/j chez la femme et endocytose du plasma vers les cellulesenviron 0.3 mmol/j chez lhomme. Sur cette hépatiques. Dans ces deux cas, le fer ainsiquantité, seulement 6 % (chez lhomme) à 12 % renouvelé est disponible (≈ 97 % du Fe recyclé,(chez la femme) sont absorbés par le A). La transferrine est elle aussi absorbée parduodénum (A, B). Labsorption du Fe est endocytose ; les cellules hépatiques, lesadaptée aux besoins et peut sélever en cas de érythroblastes, etc., ont à cet effet leurs propresdéficit en fer jusquà plus de 25%. récepteurs.Le fer alimentaire lié à lhème, parmi dautres Les besoins en fer (= pertes de fer) sontsubstances lipophiles, est en partie absorbé par généralement faibles (18 µmol/j), mais ils sontdiffusion, alors que le fer libre, en particulier le accrus lors de la menstruation (A) et enFe (II), est absorbé activement par la muqueuse particulier au cours de la deuxième moitié de laintestinale par un phénomène de transport actif. grossesse (développement du fœtus) et aprèsLa réabsorption du fer est conditionnée : la naissance (pertes de sang). Durant le 9e1) par la présence dacide chlorhydrique dans mois, le fœtus prend environ 60 µmol de Fe/j;lestomac [il détache le fer des complexes et lalimentation maternelle doit donc contenir à cestimule la réabsorption du Fe (III) au début du moment approximativement 0,5 mmol de ferduodénum (cf. « pH 3 » dans B)]. 2) par la supplémentaire par jour (pour ≈ 12% ;quantité de Fe (II) disponible [à un pH neutre, dabsorption).meilleure solubilité que le Fe (III). B] et 3) par la Les anémies sont définies comme une diminution de« gastroferrine », glycoprotéine contenue dans la concentration des érythrocytes et de lhémoglobinela muqueuse gastrique et qui peut fixer de dans le sang. Outre I’anémie par saignements et par manque de fer (troubles de la réabsorption, grossesse,grosses quantités dions Fe (III). saignements chroniques, infections) et dautres typesLes mécanismes de régulation de labsorption danémies, il est à noter quun déficit en cobalaminesde fer sont encore mal connus, mais il semble (vitamines B12) ou en acide folique (C) peut aussibien que lapotransferrine disponible (protéine provoquer une anémie : les érythrocytes augmententde transport du fer dans le plasma) joue un de volume et leur concentration dans le sang est pluscertain rôle (A, B). Le fer qui a été absorbé en faible que celle de lhémoglobine (anémie hyperchromeexcès par la muqueuse intestinale se lie ; hémoglobine globulaire moyenne [= HGM] augmentée), Les anémies sont généralement dues àessentiellement à la ferritine ; il est absorbé une diminution de la sécrétion ou à une neutralisationdans les lysosomes où il est stocké jusquà ce auto-immune du « facteur intrinsèque » (nécessaire àquil repasse dans la lumière intestinale lors de la réabsorption de la vitamine B12), ou bien à unela desquamation cellulaire (B). Ainsi, pendant diminution de labsorption dacide folique en cas deun certain temps, une réabsorption du fer est malabsorption (cf. aussi p. 226). En raison deencore possible. limportance de son stock, une diminution de la réabsorption de la cobalamine ne provoque de signesSi le tractus gastro-intestinal se trouve saturé à de carence quaprès plusieurs années, alors quunla suite dun apport en fer (injection de Fe), la apport insuffisant en acide folique provoque une anémie au bout de 4 à 5 mois seulement (C). Lescapacité de la transferrine (≈ 0,2 mmol au antagonistes de lacide folique (comme lemaximum) peut être dépassée, le fer libre méthotrexate, sont souvent utilisés commeprovoquant alors une intoxication par le fer cytostatiques (inhibiteurs de la multiplication cellulaire)(saignements en raison dune mauvaise coagu- lors des traitements anticancéreux, ce qui conduitlation sanguine, insuffisance circulatoire, etc.). également à une diminution du nombre dérythrocytes et dautres cellules à division rapide.La ferritine (intestin, rate, foie, moelle osseuse.
    • 64 SangPropriétés hémodynamiques du sang sajoutent à la concentration osmolale (osmolalité) du plasma (cf. p. 136). Parmi lesLes érythrocytes sont des « cellules » ions chargés positivement (cations), cest leanucléées très facilement déformables, dont le Na+ qui prédomine et parmi les ions chargéscomportement dans le sang est semblable à négativement (anions), ce sont le Cl- et lecelui des gouttes deau. La faible viscosité (= HCO3- qui représentent la plus grande fraction1/fluidité) de leur contenu, les propriétés de leur de cette osmolalité. Les protéines portent demembrane, proches de celles dun film liquidien, nombreuses charges anioniques qui sont touteset leur rapport surface/volume élevé font que le électriquement efficaces (B, et cf. p. 24).sang se comporte moins comme une Lefficacité osmotique des protéines estsuspension cellulaire que comme une émulsion, ( néanmoins comparativement plus faible car,en particulier lorsquil sécoule vite. La viscosité dans ce cas, cest le nombre des particules quidu sang est, avec une valeur approximative de compte et non le nombre atomique.4 unités relatives (rU), seulement le double decelle du plasma (2 rU ; celle de leau étant de 1 Les protéines ne peuvent quitter le courantrU soit 0.7 mPa/s à 37°C). sanguin que dans de très faibles proportions.Du fait de leur très bonne déformabilité, le Cette quantité varie suivant les organes. Lespassage à travers des capillaires sanguins fins capillaires hépatiques, par exemple, sontet à travers les pores dans la voie splénique (cf. relativement plus perméables que ceux dup. 61 ), dont la largeur est bien moins cerveau. La composition du liquide interstitielimportante que le diamètre des érythrocytes (cf. p. 138 et suiv.) diffère alors dune manièrecirculants, ne constitue pas un problème pour plus ou moins importante de celle du plasmales érythrocytes normaux. Cependant, la lenteur (B), particulièrement quant à son contenudu flux sanguin dans les petits vaisseaux protéique. Par contre, la composition du liquideprovoque une augmentation de la viscosité, intracellulaire est très différente. En effet, K+ ypartiellement compensée par le fait que les est le cation prédominant tandis que lesérythrocytes se déplacent au centre du courant phosphates et les protéines constituent lasanguin (η ↓ : effet Fahraeus-Lindqvist). Mais fraction principale des anions (B). Cesla viscosité du sang peut augmenter de manière proportions varient dun type de cellule à lautre.critique si a) la vitesse circulatoire diminue trop Les protéines plasmatiques (A) sont constituées pour(choc circulatoire) et/ou b) la fluidité des 60 % dalbumine (35 à 45 g/l) dont le rôle est deérythrocytes sélève du fait de lhyperosmolalité transporter de nombreuses substances telles que la(érythrocytes«en sphère hérissée de piquants») bilirubine (cf. p. 216) ou des hormones (cf. p. 234 etdes inclusions cellulaires, dune synthèse suiv.). Lalbumine est aussi la principale protéine à lorigine de la pression colloïdo-osmotique (cf. p. 158)anormale dhémoglobine (comme cest le cas et peut servir de réserve protéique en cas de déficitdans lanémie drépanocytaire) et aussi du fait protéique. Les protéines jouent un rôle dans lede modifications de la membrane cellulaire transport des lipides (lipoprotéines; p. 220 et suiv.), de(chez les érythrocytes âgés par exemple), etc. lhémoglobine [haptoglobine , p. 63), du ferDans tous ces cas, le sang acquiert, sous leffet (transferrine. p. 62 et suiv.), du cortisol (transcortine ,de lagrégat/on érythrocytaire (« formation de p. 260), des cobalamines (transcobalamine, p. 226) etrouleaux »), les propriétés dune suspens/on à de plusieurs autres substances. Les facteurs plasmatiques de la coagulation et de la fibrinolyse (cf.haute viscosité (supérieur à 1 000 rU), ce qui p. 74 et suiv.) sont pour la plupart des protéines.peut conduire rapidement à larrêt delécoulement sanguin dans les petits vaisseaux Les immunoglobulines (Ig) font partie essentiellement des γ-globulines (C). Elles constituent(cf. p. 156 et 186). les substances immunitaires du plasma (anticorps, cf. p. 66 et suiv.). Parmi les immunoglobulines, lIgG estComposition du plasma celle qui a la concentration plasmatique la plus élevée (7 à 15 g/l) et cest limmunoglobuline pouvantLe plasma est obtenu après séparation par traverser le plus facilement la barrière placentairecentrifugation (A) des éléments cellulaires (cf. p. (transfert de la mère à lenfant, C). Les60) du sang rendu incoagulable (cf. p. 74). Le immunoglobulines sont constituées de deux chaînesplasma est constitué deau dans laquelle sont protéiqties lourdes spécifiques pour chaque groupe (IgG : γ, IgA : α. IgM : µ,; IgD : δ. IgE : ξ) et de deuxdissous des protéines de poids moléculaire chaînes protéiques légères (λ et Ж ) qui sont reliéesélevé (A), ainsi que des substances neutres entre elles par des ponts -S-S ayant une forme(glucose, urée. etc.) et des ions de faible poids caractéristique en Y (cf. p. 67).moléculaire. Toutes ces particules dissoutes
    • 66 Sang Défense immunitaireLorganisme est constamment sous la menace de synthèse (peptides). Chaque rappel conduit à unedune infection microbienne venant de production danticorps suffisante (immunisation active) qui assure une parfaite protection. Une foislenvironnement (bactéries, virus, fongus, déclarée, la maladie peut être combattue parparasites). De manière à lutter contre ces corps ladministration de sérum (ou des globulines extraitesétrangers, lorganisme est équipé dun système de celui-ci) danimaux ayant déjà formé des anticorpsde défense qui le pourvoit dun bon degré contre lorganisme pathogène (immunisation passive,dimmunité. Il y a deux sortes dimmunité : par ex. avec le sérum antidiphtérique).(pathogène) non spécifique, limmuniténaturelle ou innée, et (pathogène) spécifique, Immunité non spécifiquelimmunité acquise (acquise = immunité au La défense non spécifique contre des substancessens strict du terme). Les deux systèmes sont étrangères (bactéries, virus, particules inorganiques,étroitement imbriqués et font intervenir des etc.) et dans certaines conditions contre descellules mobiles et des facteurs solubles. substances propres à lorganisme (par ex. les débris dérythrocytes). est assurée par certaines substancesSi des agents pathogènes réussissent à envahir le dissoutes comme les protéines (par ex. lysosyme,corps, le système de défense non spécifique entre en facteurs du complément}, les substances dalarme (paraction. Au même instant, lorganisme réagit contre ex. les lymphokines et monokines regroupées sous lelagent étranger ou antigène par son système de terme dinterleukines) et les groupements cellulairesdéfense spécifique qui produit des anticorps, avec dattaque comme les phagocytes (par ex. leslaide desquels lorganisme peut combattre lagent monocytes ou les macrophages) et enfin par lespathogène plus efficacement, « mémorisant » de plus granulocytes neutrophiles. Ces derniers sont descelui-ci {mémoire immunologique}. leucocytes formés dans la moelle osseuse (durée deCest pratiquement dès la naissance que le vie approximative = 1 jour). Les granulocytes sontsystème immunitaire « apprend » à reconnaître actifs non seulement dans le sang et les tissus, maiscomme étrangère ou comme propre à lorga- également au niveau des muqueuses, par ex. dans la bouche.nisme une substance antigène (par exempleune protéine cellulaire). Les substances avec Lors de la pénétration de bactéries dans les tissus delesquelles il est mis en contact à cet instant lorganisme (Al), les granulocytes neutrophiles sontseront reconnues durant toute la vie comme attirés par des substances chimiques ou par des facteurs du complément (C5a) [chimiotactisme ; A2).faisant partie de lorganisme (tolérance Les granulocytes circulant se fixent alors à la paroiimmunitaire), toutes les autres seront vasculaire {margination}. quittent la circulation et sereconnues comme étrangères. Si cette déplacent vers la zone lésée (migration). Là, ilsdistinction entre « substance étrangère » et « entourent les germes puis les absorbent parsubstance propre » vient à disparaître, endocytose : cest la phagocytose (A3). Ceslorganisme va produire des anticorps contre événements, combinés à une augmentation du débitses propres protéines : cest la maladie auto- sanguin (rougeur) et à une perméabilité capillaire aux protéines accrue (tumescence), constituentimmune. linflammation.Quand un enfant est mis en contact pour la première Les substances organiques dont « digérées » dans lesfois avec le virus de la rougeole, il contracte la granulocytes. Cette phase est précédée dune fusionmaladie. Bien que le système de défense non entre le germe phagocyté (phagosome) et les vacuolesspécifique soit pleinement actif, il est incapable de du granulocyte (lysosomes} contenant les enzymes,prévenir la multiplication et lextension du virus dans pour former le phagolysosome (hétérophagosome).lorganisme. Cependant, durant la maladie, en plus de Dans celui-ci, se produit la dégradation finale du germela production de lymphocytes T (cellules tueuses, p. (A4). Les particules « non digestibles » (comme la72) le corps produit des anticorps contre le virus poussière de charbon dans les poumons) sont(réponse primaire ou sensibilisation) entraînant leur retenues en permanence dans lorganisme.destruction et la guérison du malade. Cette productiondanticorps peut être relancée rapidement si besoin est Bien que les granulocytes macrophages puis-(« mémoire immunologique ») ; ceci arrive si sent directement se lier aux microorganismes,lorganisme est remis en contact avec le virus de la leur activité peut être augmentée si la surfacerougeole. Les anticorps, alors immédiatement produits(réponse secondaire) neutralisent le virus dès son des bactéries est « recouverte » (opsonisa-intrusion, évitant ainsi une rechute. Lorganisme est tion) du facteur de complément C3b (nonalors immunisé contre cette maladie. spécifique), ou des immunoglobulines spéci- fiques de lantigène (IgM, IgG) ou encore mieuxLa prévention dune maladie dès la première infectionest obtenue par la vaccination à laide dune variété des deux car les granulocytes possèdent desmoins pathogène du germe en cause (dans le cas de récepteurs spécifiques à ces opsogènes.la vaccination antivariolique) ou dun germe tué (dans Lopsonisation avec Ig est encore amélioréele cas de la vaccination antitétanique) ou de produits
    • 68 Sangsi lorganisme a été préalablement en contact outre plus longtemps aptes à la synthèseavec lantigène (immunité acquise), attendu que denzymes et à la sécrétion du complément.le C3b et dautres opsogènes agissent En plus des monocytes et des macrophages circulants,fortement et de façon non spécifique sur il y a également des macrophages fixés localementbeaucoup dagents pathogènes. dans les organes, comme par exemple dans le foie (cellules étoilées de Kuppfer), dans les alvéolesLes germes sont aussi attaqués (de manière pulmonaires, sur la séreuse intestinale, dans les sinusnon spécifique) en dehors des phagocytes. Les spléniques, les ganglions lymphatiques, la peau, auréactions en cascade du complément niveau des articulations (cellules synoviales A) et dansaboutissent à la perforation de la paroi externe le cerveau (microglie), de même que des macrophagesdes bactéries (Gram négatif). Au même instant, fixés à lendothélium (par ex. dans le glomérule rénal).le lysozyme (du plasma, de la lymphe et des Ces cellules sont aussi connues sous le nom généralsécrétions) dégrade par action enzymatique la de système phagocytaire mononucléaire ou de système réticuloendothélial.paroi des bactéries, et provoque éventuellementleur dissolution définitive (lyse) (A, a à e). Les cellules « natural killer » (cellules tueuses. NKC) sont spécialisées (5 % des leucocytes du sang) dansPour la destruction des germes phagocytés, les la défense non spécifique contre les virus. Ellesgranulocytes neutrophiles disposent, non détectent les modifications à la surface des cellulesseulement des enzymes stockées dans les infectées par le virus, se rassemblent à leur surface etlysosomes, mais aussi doxydants comme le les tuent, ce qui non seulement empêche les virus deperoxyde doxygène (H2O2) et de radicaux ou se reproduire (appareil enzymatique cellulaire !), mais les rend vulnérables aux autres agents du système decomposés oxygénés (O2, 1O2). Normalement, la défense. Les NKC sont stimulées par les interféronsconcentration de ces oxydants est maintenue produits et libérés par les cellules infectées par unbasse par des enzymes réductrices telles que la virus. Les interférons augmentent également lacatalase et la superoxyde-dismutase, ce qui résistance au virus des cellules non infectées.évite lautodestruction prématurée desgranulocytes. Ce « frein » disparaît lors de Immunité spécifiquelinvasion par substances étrangères, afin que Bien que les phagocytes soient efficaces contre uneleffet bactéricide des composés oxygénés soit grande variété de bactéries, dautres germes ontpleinement efficace, moyen par lequel les « appris » au cours de leur évolution à résister à cesgranulocytes et même dautres cellules de phagocytes. Quelques germes, par exemple leslorganisme peuvent être atteints. mycobactéries, peuvent réprimer la formation de phagolysosomes, inhiber la phagocytose, ou encore,Les perturbations du mécanisme de phago- une fois phagocytés (par ex. les streptocoques ou lescytose entraînent une augmentation du risque staphylocoques) entraîner la mort des granulocytes.infectieux. On peut citer deux exemples : « le Les germes de ce type et la plupart des virus nesyndrome des leucocytes paresseux » dans peuvent être combattus avec succès que par leslequel la migration est perturbée, et la granulo- systèmes immunitaires spécifiques, dans lesquelsmatose chronique, dans laquelle la formation les macrophages, les anticorps humoraux (immunoglobulines; cf. p. 64) et différents types dedH2O2 dans les granulocytes est déficiente. lymphocytes collaborent étroitement (voir ci-dessous).Plus souvent, la migration et la phagocytosesont perturbées pour des raisons inconnues, Les lymphocytes proviennent initialement de la moelle osseuse (B). Au cours du développement fœtalpar ex. dans les diabètes, les abus dalcool ou et pendant la première enfance, une partie des celluleslors de traitement par corticothérapie. dites précurseurs migrent vers le thymus où ellesBien que les granulocytes neutrophiles soient acquièrent leur spécificité [immunocompétence) : ce sont les lymphocytes T. Une autre fraction desdisponibles rapidement et en grand nombre sur lymphocytes subit une maturation, chez les oiseauxle lieu de linfection, leur capacité de défense dans la Bourse de Fabricius et, chez lhomme, dans «chimique saffaiblit rapidement et leur durée de léquivalent de la bourse » cest à dire le systèmevie est brève. Après la première « vague lymphatique, pour former les lymphocytes B. Par ladassaut » des granulocytes, les macrophages suite, ces deux types sont formés essentiellementprennent en charge létape suivante de la dans la rate et dans différentes régions des ganglionsdéfense immunitaire. Ils dérivent des lymphatiques. De là ils parviennent dans les systèmesmonocytes circulants du sang et sont lymphatique et sanguin où ils circulent et assument leur fonction de défense immunitaire. Leur durée de vieégalement capables de phagocytose. La vitesse individuelle peut atteindre plusieurs années.de migration des macrophages est certes plusfaible que celle des granulocytes, mais ils ontune durée de vie bien plus longue et sont en
    • 70 SangLe premier contact avec lantigène (récepteurs libérer par exocytose) les immunoglobulinesspécifiques de lantigène sur la surface du spécifiques à chaque antigène (B ; C5, 6). Cettelymphocyte) entraîne une activation des deux production danticorps est beaucoup plus rapidetypes de lymphocytes (voir ci-dessous). et leur et plus forte lors dun contact renouvelé avectransformation en lymphoblastes (B). lantigène, car linformation de la premièreLimmunité humorale (qui a aussi une réponse a été mémorisée dans les cellules mémoires.composante cellulaire) est une réaction La grande variété danticorps (106 à 109?) nestspécifique du système immunitaire ; dans cetteréaction, les immunoglobulines (anticorps) pas déterminée génétiquement dans les cellulesréagissent avec lantigène, donc avec les germinales ; au contraire, certaines portions des gènes (V, D, J, C) subissent desmicroorganismes ou leurs toxines ou avecdautres macromolécules étrangères (PM > recombinaisons et des mutations durant le développement des lymphocytes.4000 Dalton. par ex. des protéines) (cf. p. 67 A).Si de petites molécules (par ex. des substances Les immunoglobulines sont incapables de détruire directement les germes, mais peuvent seulement lesthérapeutiques) sont reconnues comme des marquer comme des cibles capables dêtre attaquéesprotéines étrangères, elles peuvent agir comme par dautres systèmes de défense (opsonisation.des antigènes. De telles substances sont système du complément, voir ci-dessus). Lors de laappelées haptènes. réponse primaire, les IgM et plus tard les IgG (cf. p. 64) apparaissent dans le sérum et le liquide interstitiel enLa libération des anticorps humoraux est quantités approximativement égales ; dans la réponseprécédée par la liaison de lantigène au secondaire la libération des IgG prédomine. Dans lescomplexe immunoglobulino-membranaire situé poumons, le liquide lacrymal, la salive lintestin seà la surface des lymphocytes B (agissant produit surtout la synthèse dIgA dirigée contre lescomme récepteurs) et par là l’activation germes infestants.(présentation) de lantigène par les macro- Dès les premiers mois de son existence, lephages ou par les cellules B elles-mêmes. nourrisson est protégé contre les germes grâce à son système de défense non spécifique et grâce auxAprès la phagocytose des germes par les anticorps humoraux qui proviennent, bien avant lamacrophages (Cl), les phagolysosomes sont naissance, du plasma maternel à travers le placentaformés et les germes détruits (C2). Ces (IgG : cf. p. 65, C), ou plus tard du lait maternel.peptides antigéniques sont liés, dans la cellule, La défense immunitaire humorale nest pas totalementaux protéines de classe II formant le complexe efficace contre certains germes (virus, mycobactéries.majeur dhistocompatibilité (en anglais major brucellae etc.), ceux-ci pouvant échapper en partie à lahistocompatibility complex : MHC). Le complexe destruction intracellulaire. La défense immunitaire cellulaire pallie ces déficiences immunitairesMHC-antigène formé est incorporé dans la humorales (D).membrane cellulaire des macrophages (C3) etprésenté aux lymphocytes T auxiliaires (Ta) Lune de ces réactions relativement lente (maximum après 2 jours environ), est assurée par les(C4) ; ces derniers sont équipés de récepteurs lymphocytes Ta : cest la réponse immunitairespécifiques au complexe MHC-antigène. Dune retardée. Lautre réaction, celle des cellules tueuses,manière similaire, le lymphocyte B, qui a est responsable de la mort des cellules viralesinternalisé et détruit lantigène (dans ce cas infectées et des cellules tumorales, et de la réaction desoluble) avec limmunoglobuline membranaire rejet dorganes transplantés qui trouve son origine(récepteur de lantigène), est aussi capable dans le fait que les protéines étrangères à lorganismedactiver le complexe MHC-protéine de classe II sont rejetées par le système dhistocompatibilité. Les cellules suivantes sont impliquées dans limmunité(typiquement les cellules B et les macrophages) cellulaire : les lymphocytes Ta (voir ci-dessus), lesauquel lantigène est lié. lymphocytes T-suppresseurs (Ts) responsables deEn réponse à cette double information faisant la régulation de la réponse immune, les cellules tueuses (voir ci-dessous) et les macrophagesintervenir les cellules B ou les macrophages, activateurs de lantigène. parmi lesquels un souspar ex. en présence (1) dun antigène et (2) groupe, que lon rencontre principalement dans ledune cellule immuno-compétente, le thymus, la rate et la peau, est particulièrementlymphocyte T libère des lymphokines qui vont spécialisé dans ce mécanisme. Finalement, lesactiver les cellules B. Les lymphocytes T ainsi substances qui assurent la coopération intercellulaireactivés se multiplient rapidement (prolifération sont les lymphokines et les monokines qui sontclonale ou expansion), donnant ainsi naissance libérées par les cellules T et les monocytes.aux cellules mémoires et aux plasmocytes.Ces cellules sont spécialisées pour produire (et
    • 72 SangLa réaction initiale de la défense immunitaire cellulaire Si, par la suite dune erreur de transfusion sanguineconsiste également en une phagocytose par les par exemple, lantigène A est mis en contact avec anti-macrophages (D1). La majeure partie des germes A, ou B avec anti-B, les érythrocytes sagglutinent (G)continue certes de vivre dans la cellule, mais la faible et éclatent (hémolyse). Cest la raison pour laquelle ilquantité dantigène présentée au contact des protéines est indispensable de connaître les groupes sanguinsMHC de classe II (pour activer les lymphocytes Ta) et du donneur et du receveur et de tester lacelles de classe 1 (activation des cellules tueuses) à la compatibilité sanguine (test de compatible croisée)surface des lymphocytes T, suffit à activer ces avant de procéder à une transfusion sanguine.lymphocytes T. La monokine interleukine 1 des Contrairement au système ABO, les anticorps dirigésmacrophages, mais également les lymphocytes Ta, contre les antigènes C, D, E, c, e, du système rhésusparticipent à cette activation (D3). Une fois activés, les des érythrocytes (présent Rh+; absent rh-).lymhpocytes T responsables de cette réaction napparaissent quaprès une sensibilisation préalable.spécifique de défense se multiplient rapidement(prolifération clonale, D4), entraînant, avec laide Les anticorps du système rhésus peuvent franchirnotamment des cellules-mémoires et des lymphokines, assez facilement la barrière placentaire car ilslactivation des macrophages. Ces derniers sont appartiennent à la classe des IgG (cf. p. 64 et 65, C).alors capables de faire face à tous les germes et aux Les personnes avec un groupe rh- peuvent former descellules étrangères. anticorps contre les érythrocytes Rh+ (anti-Rh+)Les cellules attaquées par de tels virus présentent comme par exemple à la suite dune erreur de +simultanément à leur surface les antigènes viraux et transfusion ou de la présence dun fœtus Rh chez une +les protéines MHC de classe 1 que lon rencontre dans mère rh-, Un nouveau contact avec du sang Rhtoutes les cellules nucléées de lorganisme. Toutes les produira une importante réaction antigène-anticorpscellules killer (cellules tueuses. Te), très avec comme conséquence une agglutination et unecytotoxiques, possèdent des récepteurs au complexe hémolyse érythrocytaires (H).MHC-antigène. Ces récepteurs ne reconnaissent etfixent que les cellules infectées par un virus. Ceci Allergiespermet aux cellules saines de ne pas être détruites.mais également aux récepteurs de ne pas être rendus Lallergie est un dysfonctionnement de la régulationinefficaces par fixation de virus libre. Les cellules du système immunitaire. Par exemple, un antigènemalades devant être tuées sont ainsi agglutinées normalement inoffensif (comme un pollen) peut être(conséquences pour le virus : voir ci-dessus, NKC). Jugé par erreur comme « dangereux » pourMalgré tous ces mécanismes de défense antivirale, lorganisme, et provoquer ainsi une réaction générale.certains virus parviennent à survivre dans lorganisme Les réactions allergiques peuvent être de typedurant des années (virus de lhépatite et de lherpès anaphylactique (réponse rapide de la s. à la min.) oupar exemple). Ce type dinfection virale lente est retardé (quelques jours), et ont comme médiateursnéanmoins relativement « conventionnel » en regard à respectifs les défenses immunitaire, humorale etla configuration virale et à la réponse immune. Les « cellulaire. Dans la réponse de type anaphylactique,virus non conventionnels » responsables du prurit, lantigène (= allergène) sensibilise les lymphocytes Bdu kuru et de la maladie de Creutzfeld-Jacob ne et, lors dun second contact, les cellules plasmatiquesprovoquent pas du tout de réponse immunitaire et relarguent rapidement de grandes quantités dIgEaboutissent à une dégénérescence lente et (normalement les IgE représentent 0.001 % des Ig). Laprogressive du SNC. Le Virus de lImmunodéficience liaison de lallergène à deux IgE. fixées aux récepteursHumaine (VIH ou HIV en anglais) responsable du des mastocytes ou granulocytes sanguins, amène laSIDA décime les lymphocytes Ta-(T4-) qui Jouent un libération par exocytose de substances commerôle prépondérant dans le système immunitaire (voir ci- lhistamine ou les lymphokines, entre autres. Cesdessus). Il en résulte que la vie des patients atteints de substances agissent sur les vaisseaux sanguinsSIDA est mise en danger par un grand nombre (dilatation, œdème), les muqueuses et lesdinfections normalement inoffensives. terminaisons nerveuses sensorielles. Elles stimulent la synthèse et la libération de prostaglandines etGroupes sanguins dinterleukines (cf. p. 235). Ces dernières interviennentLes érythrocytes présentent également des propriétés dans le SRS-A (« slow reacting substance of ana-antigéniques permettant de distinguer les différents phylaxis » = leukotriène C). Le leukotriène C provoquegroupes sanguins du système ABO : groupe A un spasme bronchique (vasoconstriction de lasthme).(antigène A sur lérythrocyte et anticorps anti-B dans le La réponse allergique de type retardé peut êtresérum) ; groupe B (antigène B et anticorps anti-A) ; déclenchée par des mycobactéries (BK), desgroupe 0 (antigènes A et B absents mais anticorps champignons, des allergènes de contact (composésanti-A et anti-B) ; groupe AB (A et B mais ni anti-A ni chromés, poison du lierre) et bien dautres substances.anti-B) (G). Ces anticorps ABO appartiennent à la Au sens large du terme, la maladie sérique quiclasse des IgM. Avec leur masse moléculaire élevée saccompagne de hautes concentrations dantigènesde 900 000 Dalton, ils sont normalement incapables de (par ex. dans limmunisation passive) est aussi unefranchir la barrière placentaire et de se répandre allergie. Après 6 jours, la concentration deailleurs. complexes antigènes-anticorps sanguins augmentent
    • 74 Sangconsidérablement (F) ; ceux-ci se déposent activent le facteur plasmatique X lequel entraînedans les capillaires sanguins (au niveau du avec dautres facteurs (cf. p. 76 suiv.) laglomérule par exemple), où ils provoquent les transformation de la prothrombine (facteur II)symptômes de la maladie. en thrombine, qui à son tour transforme le fibrinogène (facteur I) en fibrine (B).Hémostase La présence de phospholipides est nécessaireLhémostase résulte de linteraction entre des au fonctionnement du système endogène aussifacteurs plasmatiques et tissulaires et les bien quà lentrée en action du facteur X activéplaquettes (thrombocytes, TC). Elle permet (Xa) (cf. ci-dessus) :soit ils sont libérés par leslobturation dune déchirure vasculaire en plaquettes, cest ce quon appelle le facteurquelques minutes. plaquettaire ou facteur thrombocytaire 3 (FT3; B), soit ils proviennent des tissus lésés, ce sontSi la tunique interne dun vaisseau sanguin les facteurs tissulaires.{endothélium} est lésée (lors dune blessure parexemple), le sang vient en contact à lendroit de La fibrine se compose de filaments qula brèche avec les fibres collagènes sous- sentrelacent pour former une sorte de réseauendothéliales. Il en résulte, grâce à laide du qui constitue avec les plaquettes et les globulesfacteur von Willebrand (FW), une agglutination rouges le thrombus rouge définitif (oudes TC (thrombocytes) au niveau du site. Ce thrombus complexe) (Ben bas).phénomène est connu sous le terme Lobturation se poursuit par les événementsdadhésion (Al ) et il active les TC, qui vont suivants : 1 ) la rétraction du caillot, qui faitalors changer de forme (métamorphoses intervenir les protéines des thrombocytes, 2)visqueuses des plaquettes qui prennent, par lorganisation, pendant laquelle les fibroblastesmécanisme pseudopode. laspect de sphères) prolifèrent pour former du tissu conjonctif, 3) laet expulsent par exocytose des substances formation dune cicatrice, la face interne ducontenues dans les vésicules {granules} : il y a vaisseau se recouvrant à nouveausécrétion. Parmi ces substances, lADP par dendothélium (B, en bas).exemple stimule lagrégation; le FW et lesliaisons fibrinaires provoquent ladhésion (cf. p. La présence dions Ca2+ (« facteur IV») est14), la sérotonine (A2, B), le mitogène et le nécessaire dans de nombreuses phases de laPDGF (= platelet - derived growth factor) entre coagulation (cf. ci-dessus; p. 77). Laddition deautres ont un effet vascoconstricteur. De plus, citrate ou doxalate à du sang frais, enlactivation des TC libère le thromboxane A2 complexant les ions Ca2+ rend le prélèvement(vasoconstricteur) et le PAF (platelet-activating incoagulable. Ce procédé est nécessaire à defactor). Le PAF, tout en augmentant lactivation nombreux examens et tests sanguins dedes TC, active également les phagocytes (cf. p. laboratoire.66 et suiv.). Le résultat final consiste en une La vitamine K est nécessaire à la synthèse desaccumulation massive de TC : cest facteurs de la coagulation : prothrombine (II), VII, IXlagrégation. et X (cf. p. 76 et suiv.). Après la synthèse de leurs chaînes protéiques, ces derniers sont carboxylés àCe bouchon thrombocytaire (thrombus blanc) quelques groupements N terminaux glutamiques. Lapermet, grâce au concours dune vitamine K est le cofacteur de cette réactionvasoconstriction locale et au déroulement de enzymatique, à partir de laquelle se forment leslendothélium, une obturation provisoire de la groupements γ-carboxyglutamiques (modificationfuite. posttranslationnelle). Grâce aux groupements carboxyglutamiques, les facteurs de la coagulationSimultanément à cette hémostase, la coagu- 2+ cités ci-dessus peuvent se lier au Ca , lequel se fixe àlation proprement dite (A3) est mise en route son tour aux phospholipides. Ainsi, les principalesgrâce à deux autres mécanismes : réactions de la coagulation peuvent seffectuer à la surface des lipoprotéines (cf. p. 220 et suiv.). Laa) un système exogène déclenché par les vitamine K est normalement synthétisée par lesfacteurs tissulaires libérés par les tissus lésés bactéries intestinales, mais si la flore intestinale a été(cf. p. 76) ; détruite, par ex. par ladministration orale dantibiotiques, une carence en vitamine K apparaît. Ilb) un système endogène amorcé par le en est de même lors de dysfonctionnements de lacontact des facteurs de coagulation XII avec les digestion ou de labsorption des graisses du fait de lafibres de collagène (cf. p. 76 et suiv.). liposolubilité de cette vitamine.Isolément ou conjointement, ces deux systèmes
    • 76 SangCoagulation sanguine et fibrinolyseDans le cas de lésions minimes de lendothélium des substances appelées antiplasmines. Envasculaire en dehors de laction des plaquettes thérapeutique, on utilise à cet effet des acides Edécrites p. 74, lactivation de la coagulation est due aminocaproïques, laprotinine ou des sub-essentiellement au système endogène. Le facteur stances analogues (A). Les produits de dégra-plasmatique XII est activé (Xlla; A), dès quil arrive au dation de la fibrine, libérés au cours de lacontact de surfaces autres que celle de lépithéliumvasculaire (comme le collagène). Cest ce facteur Xlla fibrinolyse, inhibent en retour la formation dequi amorce la mise en route du système endogène, fibrine (A), empêchant ainsi la poursuite dulequel ne comporte, en dehors du facteur plaquettaire processus de coagulation. 2+(FT3) que des facteurs plasmatiques et du Ca (A). Lantithrombine 3 est la protéine anti-Lors dune lésion tissulaire un peu plus thrombose plasmatique la plus importante, Elleimportante, des facteurs tissulaires (appelés forme un complexe avec la thrombine, le facteurthrombokinases tissulaires) peuvent intervenir. Xa. etc., et peut donc inhiber ces derniers. CeIls constituent, avec le facteur plasmatique VII complexe est renforcé par de lhéparineet les ions Ca2+, le système exogène. endogène (par exemple provenant des mastocytes, cf. p. 72) ou introduite par laCes deux systèmes (exogène et endogène) thérapeutique. Une carence en anti-thrombine 3activent alternativement ou conjointement le provoque des thromboses.facteur X (cf. p. 75). Celui-ci, dans sa forme En cas de danger de thrombose, cest-à-dire lorsqueactivée (Xa), en liaison avec les phospholipides des vaisseaux dimportance vitale risquent dêtredorigine plaquettaire (FT3) ou tissulaire, le obstrués par des caillots, on entreprend un traitementfacteur plasmatique V et le Ca2+, transforme la anticoagulant Lhéparine agit notamment en inhibantprothrombine en thrombine (A, au milieu). La indirectement la thrombine et le facteur Xa, alors quethrombine transforme non seulement le fibrino- le dicoumarol et ses dérivés ont pour effet dinhibergène en fibrine, mais active aussi le facteur XIII dans le foie la γ-carboxylation. due à la vitamine K (cf.(facteur de stabilisation de la fibrine ; A, au p. 74), de la prothrombine et des facteurs VII, IX et X. Laspirine, lanturan, etc., inhibent lagrégationmilieu) : elle agit également sur les plaquettes plaquettaire (cf. p. 74).au cours de lhémostase (B et cf. p. 75). La tendance aux hémorragies ou réductionLes filaments individuels de fibrine (mono- pathologique du pouvoir de coagulation peut résulter :mères) sorganisent en un réseau de fibrine a) dun déficit congénital en certains 1 facteurs de lafinalement stabilisé en fibrine, par le facteur coagulation (par exemple un 1 manque du facteur VIIIXllla (A). entraîne ce quon appelle lhémophilie A) : b) dun déficit acquis en ces facteurs (maladie du foie, carenceAu-delà de la réaction locale de coagulation, en vitamine K) : c) dune utilisation accrue de cesune coagulation générale dans tout le réseau facteurs (hémopathie de consommation) d) dunvasculaire (thrombose) doit être évitée. En manque de plaquettes (thrombopénie) ;e) de certainesdehors de lantithrombine 3 (cf. ci-dessous), la maladies vasculaires ; f) dun excès de fibrinolyse, etc.plasmine joue dans ce cas un rôle important enpermettant la redistribution physiologique de la Facteurs de la coagulation Demi vie in vivo (h)fibrine (fibrinolyse ; A) et dautres facteurs dela coagulation. Les fragments de fibrine I Fibrinogène 96 II Prothrombine 72provenant de la fibrinolyse inhibent la formation III Thromboplastine tissulaire,de nouvelle fibrine, évitant ainsi une coagulation thrombokinaseillimitée. 2+ IV Ca , ioniséLa plasmine est formée à partir du plasmino- V Proaccélérine 20gène qui peut être activé par divers facteurs VII Proconvertine 5humoraux et tissulaires, parmi lesquels sans VIII Facteur antihémophilique (A) 12doute le facteur Xlla. IX PIC, facteur Christmas 24 X Facteur Stuart-Power 30En thérapeutique, la streptokinase est utilisée XI plasma thromboplastincomme activateur pour tenter de redissoudre antécédent ou PTA 48des caillots fraîchement formés. Physiologique- XII Facteur Hageman 50ment, une fibrinolyse excessive est entravée par XIII Facteur stabilisant de la fibrine 250
    • 78 RespirationLes poumons aux alvéoles tandis que lO2 diffuse des alvéolesLa fonction principale des poumons est la dans le sang des capillaires pulmonaires (cf. p.respiration. Cependant, les poumons rem- 92 et suiv.). Ainsi, le sang peu riche en oxygèneplissent aussi des fonctions métaboliques. Ils (« veineux ») de lartère pulmonaire est « artérialisé » et gagnera à nouveau latransforment par exemple langiotensine 1 enangiotensine II (cf. p. 152) et éliminent certaines périphérie par le cœur gauche.substances (comme la sérotonine) du Au repos, le cœur pompe environ 5 l de sangcompartiment sanguin. La circulation par minute (débit cardiaque Qc) successive-pulmonaire joue en outre un rôle de tampon ment à travers les poumons et à travers lapour le volume sanguin (cf. p. 160 et 184) et circulation générale. Environ 0,3 l dO2 estintercepte les petits caillots dans le circuit transporté par minute avec ce courant sanguinveineux avant que ceux-ci ne provoquent des depuis les poumons vers la périphérie (VO2 etdégâts dans les voies artérielles (cœur, environ 0.25 l de CO2 est transporté par minutecerveau). de la périphérie vers les poumons (VCO2). Au repos, un débit ventilatoire total (VT) deFonctions de la respiration lordre de 7,5 1/min est nécessaire pour apporter ce volume dO2 de lenvironnement auxLa respiration au sens strict du terme, cest-à- alvéoles et pour éliminer le CO2. Cet apport estdire la respiration « extérieure », consiste en un réalisé grâce à linspiration et lexpiration dunéchange gazeux entre lorganisme et le milieu volume courant (VT) de 0,5 l et ceci 15 fois parambiant (« respiration intérieure » = oxydation minute (fréquence respiratoire f). Lades aliments, cf. p. 198). Contrairement aux ventilation alvéolaire (VA, de lordre de 5,25organismes unicellulaires chez lesquels la l/min, est plus faible que VT ; le reste constitue ladistance entre les cellules et le milieu ventilation de lespace mort (cf. p. 86),environnant est suffisamment courte pour quelO2 et le CO2 puissent diffuser facilement (cf. p. Dans un mélange gazeux, les pressions par-8), lorganisme humain multicellulaire a besoin tielles des divers gaz sadditionnent pourdun système de transport spécial par donner la pression totale du mélange gazeuxconvection pour assurer les échanges gazeux : (loi de Dalton). La part relative de chacun descest lappareil respiratoire et le système circula- gaz par rapport au volume total du mélangetoire (cf. p. 154 et suiv.). gazeux («concentration fractionnaire», F; p.Grâce aux mouvements respiratoires, loxygène 329) détermine la pression partielle. Uneparvient avec lair inhalé dans les alvéoles concentration fractionnaire de 0,1 (= 10%)pulmonaires (ventilation) doù il diffuse dans le correspond, pour une pression totale (P) de 100sang. LO2 est transporté dans le sang jusquaux kPa, à une pression partielle de 10 kPa (100 •tissus ; il diffuse alors dans les mitochondries, à 0,1).lintérieur des cellules. Le CO2 qui est produit à Composition de lair secce niveau parcourt le chemin inverse. Les gazrespiratoires sont ainsi transportés par Gaz F ( l/l ) Pau niveau de la merconvection sur de longues distances (kPa) (mmHg)(ventilation, circulation) et par diffusion à O2 0,209 21,17 158,8travers des membranes limitantes peu épaisses CC2 0,0003 0,03 0,23(gaz/fluide dans les alvéoles, sang/tissus en N2 + gaz inertes 0,791 80,1 601périphérie). Air sec 1,0 101,3 760Environ 300 millions de vésicules aux paroispeu épaisses, les alvéoles (diamètre de lordre Lors du passage à travers les voies aériennesde 0.3 mm), se trouvent aux extrémités des (bouche, nez, pharynx, système bronchique), lairramifications terminales de larbre bronchique. inspiré est entièrement saturé deau, si bien que la PH2OElles sont entourées par un réseau de atteint sa valeur maximale de 6.27 kPa (47 mmHg) à 37 °C (cf. aussi bilan hydrique, p. 138). De ce fait, lacapillaires pulmonaires très dense. La surface PO2, accuse une baisse et passe de 21,33 kPa environglobale de ces alvéoles est denviron 100 m2. (159 mmHg) à 19,87 kPa (149 mmHg) et PN2 décroîtAinsi, en raison de cette importante surface proportionnellement. Les différentes pressionsalvéolaire, les échanges gazeux se font par partielles dans lalvéole, lartère, la veine et lair expirédiffusion, autrement dit le CO2 parvient du sang sont indiquées sur la planche A.
    • 80 Respiration Mécanique ventilatoireLe moteur des échanges gazeux entre les Pour que les mouvements du diaphragme et dealvéoles et lair ambiant, donc le moteur de la la cage thoracique puissent être utilisés pour laventilation, est constitué par les différences de ventilation, il faut que les poumons puissentpression qui existent entre ces deux milieux. suivre ces mouvements, mais sans être fixésLors de inspiration, la pression dans les entièrement à la cage thoracique et aualvéoles (pression intrapulmonaire : Ppulm ; B) diaphragme. Ceci est réalisé grâce à lexistencedoit être inférieure à la pression dun film très mince de liquide se trouvant entre(atmosphérique) de lair ambiant ; les deux feuillets de la plèvre qui recouvrent leslors de l’expiration, cest linverse qui doit se poumons (plèvre pulmonaire) dune part, et lesproduire. Si lon suppose que la pression organes avoisinants (plèvre pariétale) dautreatmosphérique est égale à zéro. il sensuit que part. Dans sa position naturelle, le poumon apendant linspiration, la pression pulmonaire est tendance à saffaisser sur lui-même du fait denégative et que, pendant lexpiration, elle est sa propre élasticité. Mais comme le liquidepositive (B). Pour atteindre ces pressions, le contenu dans la cavité pleurale estvolume pulmonaire doit augmenter lors de incompressible, le poumon reste solidaire de lalinspiration et diminuer lors de lexpiration. Ceci face interne de la cage thoracique, ce quiest assuré, dune part, directement grâce aux conduit à une attraction, donc une pressionmouvements du diaphragme, et, dautre part, négative par rapport à la pression environnanteindirectement grâce aux autres muscles (pression intrapleurale, également appeléerespiratoires qui agissent sur la cage thoracique pression intrathoracique [Ppl] ; B). Durant(thorax) (A). linspiration, lorsque la cage thoraciqueLes mécanismes intervenant au cours de augmente de volume lattraction augmente;linspiration sont : a) la contraction par contre au moment de lexpiration elle(aplatissement) du diaphragme : b) le soulè- devient plus faible (B). Ce nest quen casvement (augmentation) de la cage thoracique dexpiration forcée faisant intervenir les musclespar contraction des muscles scalènes et des expiratoires (cf. ci-dessus) que Ppl, peut devenirmuscles intercostaux externes et c) le positive.soulèvement de la cage thoracique par dautresmuscles accessoires. Les mécanismes Epuration de lair inspirééintervenant au cours de lexpiration sont : a) Un grand nombre de particules étrangères oules mouvements des muscles de la paroi impuretés présentes dans lair inspiré sont abdominale qui poussent le diaphragme vers le captées par le mucus tapissant les fosseshaut ; b) labaissement (diminution) de la cage nasales et la cavité pharyngienne aussi bienthoracique, mouvement passif dû à la pesanteur que la trachée et larbre bronchique.et à lélasticité (cf. p. 88) et c) la contraction des Dans les ramifications bronchiques (plus de 20muscles intercostaux internes. ramifications successives) la surface de section totale des « ramifications filles » est supérieure à celle de laLes muscles intercostaux externes, tout comme bronche correspondante. Lécoulement de lair, produitles muscles intercostaux internes, sinsèrent sur par les variations de Ppulm diminue donc déjà au niveaudeux côtes successives. Leur action des ramifications terminales des bronches, si bien queantagoniste sexplique essentiellement par la les impuretés de lair sont arrêtées à ce niveau (lO2 etdifférence de longueur du levier sur la côte le CO2 parcourent les quelques mm restant, desupérieure ou inférieure (A) : la distance entre le ou vers lalvéole, par diffusion).point dinsertion des muscles intercostaux Dans larbre bronchique, les impuretés sont retenuesexternes sur la côte supérieure (B) et laxe de par les mucosités et phagocytées sur place, ou bienrotation de cette côte (A) est inférieure à la ramenées vers la trachée grâce aux cils de lépithéliumdistance entre le point dinsertion de ces trachéo-bronchique. Les cils battent environ 12 à 20muscles sur la côte inférieure (C) et son axe de fois/s et entraînent le déplacement du film muqueux à une vitesse de lordre de 1 cm/min. Le mucus estrotation (A). Cette dernière longueur de levier produit à raison de 10 à 100 ml/jour; sa productionC-A est donc supérieure à la longueur de levier dépend de lirritation locale, par ex. la fumée du tabac,A-B, de sorte que la contraction de ces muscles et de la stimulation vagale. Le mucus estentraîne un soulèvement des côtes. Les habituellement avalé et les sécrétions réabsorbées aumuscles intercostaux internes ont une action niveau du tractus intestinal.antagoniste, ce qui conduit à un abaissementde la cage thoracique lors de leur contraction.
    • 82 Respiration Respiration artificielle malade est placé dans un caisson («poumon dacier »),La respiration artificielle est indispensable sa tête restant hors du caisson. La pompe crée unelorsque la respiration spontanée est insuffisante pression négative dans lenceinte : cette pression estou totalement défaillante. Linsuffisance dapport inférieure à la pression extérieure et donc aussi à laen oxygène aux tissus conduit en quelques pression intrapulmonaire. Cette dépression provoquefractions de minute à une perte de une augmentation du volume thoracique donc uneconnaissance et, en quelques minutes, à des inspiration. Puis survient une pression positive qui provoque une expiration. Cette méthode de ventilationdégâts irréversibles au niveau du cerveau est surtout utilisée en cas de paralysie respiratoire(anoxie, cf. p. 102). chronique (par exemple, pour la paralysie infantile).Le bouche-à-bouche est une manœuvre Ces modes de ventilation assistée gênent toutefois leadoptée en urgence en cas darrêt brutal de la retour veineux du sang vers le cœur (ci p. 184). Onrespiration. Le malade est allongé sur le dos. Le pallie cet inconvénient en adoptant la ventilation parsauveteur pose sa bouche ouverte sur celle du pressions alternées, dans laquelle la ventilation par pression positive (A, en haut) est complétée par unemalade, une joue obturant les narines, puis il lui aspiration artificielle de lair au cour de la phaseinsuffle de lair (A, à droite). Ceci a pour effet dexpiration.délever la pression intrapulmonaire du malade(cf. p. 80) par rapport à la pressionatmosphérique qui pèse sur le thorax, si bien Pneumothoraxque les poumons et le thorax augmentent de On parle de pneumothorax lorsque de lair (parvolume (inspiration). Lorsque la bouche du exemple à la suite dune blessure à la cage thoracique)malade est à nouveau libérée, lair insufflé pénètre dans la cavité pleurale (cf. p. 80 et suiv.). Dansressort (expiration). Ceci est dû à lélasticité de le pneumothorax ouvert, le poumon atteint saffaisse sur lui-même du fait de sa propre élasticité et ne peutla cage thoracique. Lexpiration peut être plus assurer la respiration (B). Même leaccélérée par une pression exercée sur le fonctionnement de lautre poumon est gêné, car unethorax. Le sauveteur remplit à nouveau ses partie de lair inspiré circule entre le poumon sain et lepoumons dair et renouvelle la manœuvre poumon collabé et ne peut donc plus participer auxenviron 15 fois par minute. La teneur en 0^ de échanges gazeux. Contrairement à ce qui se produitlair expiré par le sauveteur (Paoy cf. p. 92) suffit dans le pneumothorax ouvert, dans le pneumothoraxpour apporter au malade une quantité à soupape (B), lair ayant | pénétré dans la cavité pleurale à chaque S mouvement respiratoire ne peutdoxygène satisfaisante. La respiration artificielle plus séchapper j (par exemple, un lambeau cutané surpeut être considérée comme réussie lorsque la la plaie i se comporte comme une soupape). Lacoloration bleutée (cyanotique) de la peau du pression dans lespace pleural du côté atteint devientmalade disparaît pour faire place à une couleur positive ; lhypoxie qui en découle provoque unerosé. augmentation du volume courant avec, pour conséquence, une élévation de la pression dansDans son principe, le respirateur à pression lespace pleural atteint de lordre de 30 mmHg. Cettepositive fonctionne de la même façon. Il peut surpression pleurale conduit à un refoulement du cœurêtre utilisé, au cours dune anesthésie, lorsque et à une compression du poumon sain : le remplissagedes médicaments (substances analogues au cardiaque diminue (cf. p. 162) et les veines périphériques se distendent. Une cyanose apparaît etcurare) ont paralysé les muscles respiratoires létat du patient peut saggraver très sérieusement.du malade lors dune intervention. Linsufflation Cependant, si la plaie est fermée, la Ppl se stabilise, ledair (inspiration) est commandée par une poumon sain reprend ses fonctions normales etpompe (A, à gauche). Dans ces respirateurs, lanoxie napparaît pas. Après 1 ou 2 semaines, lales tuyaux expiratoire et inspiratoire doivent être poche dair est complètement résorbée. Le traitementbien séparés (valve contrôle. A, en haut) sinon approprié consiste en une lente évacuation de cettelespace mort (cf. p. 86) serait trop important. surpression et en un arrêt de laction de la «soupape».Cette ventilation peut être effectuée à volume Le pneumothorax fermé (le plus commun desconstant (« volume donné ») ou à pression pneumothorax) peut se développer spontanément,constante (« pression donnée »). Ces deux particulièrement dans lemphysème quand il y a rupture du poumon à travers lespace pleural, créantméthodes présentent des avantages et des ainsi une liaison directe entre le système bronchique etinconvénients. Dans chaque cas, les constantes lespace pleural. La respiration forcée (mécanique) àphysiologiques doivent être constamment pression positive ou une remontée trop rapide à lacontrôlées (concentration gazeuse expiratoire, surface suite à une plongée (cf. p. 106) peuventgaz du sang, etc.). également entraîner un pneumothorax fermé.Le respirateur à pression négative (A, enbas) fonctionne suivant un principe différent. Le
    • 84 RespirationMesure des volumes pulmonaires mesurer la compliance (cf. p. 88) et la(spiromètre) consommation doxygène, lors des tests dynamiques de la respiration (cf. p. 90). etc.Après une expiration normale, le thorax setrouve dans une position déquilibre, dite aussi Il faut souligner que les volumes et capacitésposition de relaxation. Au cours dune indiqués plus haut varient considérablementinspiration normale (au repos). 0,5 1 dair dun sujet à lautre en fonction de lâge, de laenviron (volume courant) pénètre dans les taille, de la constitution, du sexe et de lapoumons. A ce volume courant peuvent condition physique. Ainsi, la capacité vitale peutsajouter 2,5 1 dair environ lors dune inspiration aussi bien atteindre 2,5 ou 7 l sans que cela soitforcée (volume de réserve inspiratoire). pathologique.Inversement, à partir de la position déquilibre. Pour pouvoir utiliser une partie au moins de ces1,5 l dair au maximum peut encore être expiré facteurs, on fait appel à des formula empiriques(volume de réserve expiratoire). Ces deux de normalisation. Les valeurs normales devolumes de réserve sont sollicités lorsque, lors capacité vitale (CV) des Européens sont pardun exercice physique par exemple (cf. p. 48 et exemple :suiv.), le volume courant de repos ne suffit plus chez lhomme :pour assurer les échanges gazeux nécessaires. CV = 5,2h - 0.022a - 3.6 (±0.58)Le volume résiduel est le volume de gaz qui chez la femme :reste dans les poumons à la fin dune expiration CV = 5,2h - 0.018a - 4.36 (±0,42),forcée. Les sommes de ces différents volumespulmonaires correspondent aux capacités. La h désignant la taille en m, a lâge en années etcapacité vitale est définie comme étant le la valeur entre parenthèses représentant lécartvolume dair mobilisé lors dune expiration type. Même ainsi, on peut encore enregistrerforcée qui suit une inspiration forcée, donc des écarts relativement importants par rapport àcomme étant la somme des volumes suivants : la norme. Les mesures des volumesvolume courant + volume de réserve inspiratoire pulmonaires sont dautant plus probantes que le+ volume de réserve expiratoire (environ 4.5 à nombre de mesures effectuées sur la même5,7 l pour un jeune homme mesurant 1,80 m). personne est plus élevé avec, par conséquent,La capacité pulmonaire totale (≈ 6 I) comprend un enregistrement des variations (par exempleen plus le volume résiduel, alors que la capacité lors de la surveillance de lévolution dunerésiduelle fonctionnelle est la somme du volume maladie pulmonaire).de réserve expiratoire et du volume résiduel (A Conversion des volumes gazeux. Le volumeet cf. p. 86). V [I] dune quantité de gaz n [mol] dépend de laA lexception du volume résiduel et des température absolue T [K] et de la pressioncapacités qui le contiennent, toutes les totale P [kPa], cest-à-dire de la pressiongrandeurs indiquées ci-dessus peuvent être barométrique PB diminuée de la pression demesurées à laide dun spiromètre (A). vapeur deau PH,O :Cet appareil est constitué dune enceinte étan- V = n • R • T/P,che remplie deau, dans laquelle est renversée ou R = la constante des gaz parfaits =une cloche. La poche dair ainsi délimitée est 8.31 J • K-1 • mol-1.munie dun conduit par lequel sort lair et qui est On fait une distinction entre les conditionsrelié aux voies respiratoires du sujet. Léquilibre suivantes :de la cloche est assuré par un contre-poids. La STPD : Standard Température Pressure Dryposition de la cloche, qui est étalonnée en ATPS : AmbientTemp.Press.H2O-Saturatedunités de volume (litres), renseigne sur le BTPS : Body Temp. Press. Sat.contenu gazeux du spiromètre. Lorsque le sujetrespire dans le spiromètre (expiration), la cloche ce qui donne :se soulève et, lorsquil est en inspiration, elle VSTPD = n • R • 273/101descend (A). VATPS = n • R • Ta,b/(Pe - Phw)Si lappareil est doté dun cylindre enregistreur VBTPS = n • R • 310/(PB - 6.25)avec stylet inscripteur, il sagit dun spirographe. VSTPD/VBTPS par exemple est alors égal àOn peut ainsi mesurer le débit ventilatoire VT,donc le volume inspiré ou expiré par minute (cf. 273 . PB - 6,25p. 90). On utilise également le spirographe pour 310 101
    • 86 Respiration rapport VD/VT est un index de « défaillance »Espace mort et volume ventilatoire (au repos il est de lordre de 0,2 àrésiduel 0.3; cf. p. 92).Les échanges gazeux dans lappareil respira- Le volume résiduel ou la capacité résiduelletoire se font uniquement au niveau des fonctionnelle par exemple (cf. p. 84) ne peuventalvéoles. Ainsi, le volume courant (VT) être mesurés à laide du spiromètre et doiventcomprend deux parties, lune (VA) venant de être déterminés indirectement.lespace alvéolaire, lautre (VD) de lespacemort. On peut par exemple utiliser, comme traceurLespace mort représente le volume total de gazeux, de lazote (N2). La concentration frac-toutes les voies anatomiques conduisant lair tionnaire de lazote dans les poumons (FLN2 ) estinspiré jusquaux alvéoles ; il ne participe pas constante (≈ 0,80 = 80% du volume alvéolaire).aux échanges gazeux. La cavité buccale, les On fait inhaler à un sujet un volume déterminéfosses nasales, le pharynx, la trachée et les (VB) dun gaz qui ne contient pas dazote et quibronches forment lespace mort anatomique provient dun récipient ; on fait ensuite expirer le(EMA), dont le volume en ml est équivalent à sujet : lazote se répartit dé façon homogènedeux fois le poids de lindividu (environ 150 ml). dans les poumons et dans le récipient (B).LEMA fonctionne comme un conduit dair dans Comme lensemble du volume de N2 na paslequel lair est simultanément débarrassé varié, on peut considérer que le volume de N2(purifié) des particules de poussières, humidifié au début de lépreuve (N uniquement dans leset réchauffé avant datteindre les alvéoles. Il poumons) est égal au volume de N2 à la fin decontribue également à la parole, un peu comme lépreuve (N2 dans les poumons et dans leune caisse de résonance qui détermine les récipient). VL peut ensuite être calculé (B). Lescaractéristiques de la voix (cf. p. 324). LEMA grandeurs VB et FLN2 sont déjà connues et ilest normalement grossièrement égal à lespace reste donc à déterminer la concentrationmort fonctionnel; cependant quand les fractionnaire de N2 à la fin de lépreuve (FXN2).échanges gazeux sont diminués dans une Pour cela, on analyse le contenu du récipientpartie des alvéoles, lespace mort fonctionnel une fois lépreuve terminée. VL est égal auexcède lEMA (cf. p. 92). Le VD peut être calculé volume résiduel (≈ 1,5 I), lorsquon débute àà partir du contenu en CO2 du gaz alvéolaire et partir de la position dexpiration extrême, ou à ladu volume courant (VT) au moyen de léquation capacité résiduelle fonctionnelle (≈ 3 I) lorsquede Bohr (A). le thorax se trouvait initialement en position de relaxation.Le volume courant VT se compose du volumeprovenant de lespace mort (VD) et du volume Pour mesurer le volume résiduel ou la capacitéalvéolaire (VA) (A). Dans chacun de ces trois résiduelle fonctionnelle, on peut aussi utiliser unvolumes règne une certaine « concentration » mélange hélium-O2 provenant du spiromètre. Aufractionnaire de CO2 (A), à savoir FECO2 dans VT, moment de linspiration ou de lexpiration,FACO2,dans VA et la concentration fractionnaire lhélium se répartit dans les poumons. Lade CO2 dans lair ambiant (FiCo2 qui reste dilution de lhélium dans le spiromètre permet,identique dans VD. Le produit des volumes de la même façon que dans la méthode avectotaux et de la concentration fractionnaire de lazote (cf. ci-dessus), de déterminer le volumeCO2 correspondante donne la quantité de CO2. résiduel ou la capacité résiduelle fonctionnelle.La quantité de CO2 dans le volume expiré est Ces techniques ne permettent denregistrer que lesen outre égale à la somme des quantités de espaces pulmonaires qui sont ventilés, alors que la pléthysmographie permet le calcul du volume résiduelCO2 dans les deux espaces VA et VD (A, II). despaces pulmonaires remplis dair et nayant pas deCependant le facteur FiCO2, est faible et peut communication avec lextérieur. La valeur du rapportêtre négligé. du volume résiduel à la capacité pulmonaire totale revêt une importance clinique (cf. p. 84). Ce rapport estPour calculer VD, trois grandeurs doivent être normalement de 0,25 au maximum. Dans lem-mesurées : (1)VT déterminé à laide dun physème, qui est une dilatation pathologique desspiromètre (cf. p. 84). (2) FACO2, déterminé à alvéoles, ce rapport est supérieur à 0,55 et peut doncpartir de la fraction terminale du gaz expiré qui être considéré comme un reflet approximatif du degrécorrespond au gaz alvéolaire, et (3) FDECO2. de gravité de cette affection.Quand VT = 0,5 I, FACO2, = 0,06 l/l (6 vol %) etFECO2 = 0,045 l/l (4,5 vol %), VD est de 0.15 I. Le
    • 88 Respiration La compliance est augmentée dans lemphysème etRelation pression/volume des poumons et diminuée lors de fibrose et congestion pulmonaires.du thorax. Travail ventilatoire Par analogie avec la courbe de distension de repos, onLa courbe pression-volume (PV) est obtenue en peut également tracer le diagramme pression/volumemesurant la pression dans les voies aériennes lors dune contraction maximale des muscles(pression intrapulmonaire. Ppulm ; respiratoires (A, courbes rouge et verte), expiration etcf. p. 81 ) pour différents niveaux de gonflement inspiration étant maximales. Les musclesdes poumons (Vpulm) durant un cycle expiratoires ne peuvent provoquer quune pression relativement faible à partir dune position dexpirationrespiratoire. La relation entre ces grandeurs est forcée (Vpulm <0) (A, g), alors que le maximum dereprésentée graphiquement en couplant chaque pression atteint plus de 15 kPa (≈ 150cm H2O) lorsquevaleur de Vpulm à la valeur de Ppulm Vpulm est positif et élevé (A, e). Delà même façon,correspondante (A). lattraction la plus élevée lors de linspiration peut êtrePour déterminer les caractéristiques de la rela- obtenue à partir de la position dexpiration maximaletion pression-volume, Vpulm à la position de (A,d,f).repos expiratoire (position de relaxation) est Si lon mesure la courbe de distension pendant laconsidéré égal à zéro. Ppulm = 0 par rapport à la respiration (diagramme dynamique pression/volume),pression atmosphérique (A, a). A partir de cette on obtient des valeurs différentes au cours de linspiration et de lexpiration : cela donne sur leposition de départ, de petits volumes dair diagramme un ovoïde (C). Le « gradient de pression »connus sont inspirés (+Vpulm) ou expirés (-Vpulm) . porté en abscisse correspond par exemple à laA la fin de chaque palier, le robinet du différence de pression entre la bouche et latmosphèrespiromètre placé à la bouche du sujet est fermé lors de la ventilation artificielle à pression positive (cf.et on mesure Ppulm, correspondant au volume P. 83, A).des voies respiratoires. (Les muscles Les surfaces comprises à lintérieur de lovoïde (C,respiratoires doivent être relaxés). Il faut noter ARins, ARexp) correspondent au travail respiratoireque durant les mesures, Vpulm est développé durant linspiration ou lexpiration contre lesrespectivement comprimé ou distendu par résistances à lécoulement de lair et contre les forcesrapport au volume original mesuré à laide du de frottement du poumon et du thorax. Ce travail est 3spiromètre (A, flèches obliques). égal au produit pression-volume (Pa X m = J, cf. p. 328). La surface hachurée (C) représente ! le travailDans ces conditions statiques de relaxation, on contre les forces élastiques (Aelast) de lensembleobtient la courbe de distension de repos de poumons + thorax. Le travail inspiratoire totallensemble « poumon + thorax » (A, courbe correspond à ARinsp + ARexp (aire rosé + surfacebleue c-a-b). Linspiration crée une augmenta- hachurée). Le travail expiratoire total est égal à ARexption de pression (Vpulm et Ppulm > 0; A,b), – ARinsp, (petite surface hachurée en vert). Comme aulexpiration produit une chute de pression (Vpulm repos lénergie élastique accumulée durant linspirationet Ppulm < 0; A,c). Ces pressions sélèvent à est plus grande que le travail expiratoire contre lespartir de la position de relaxation passive (A, forces de frottement (ARinsp > ARexp lexpiration neflèches bleues) des poumons et de la cage demande aucune énergie supplémentaire. Lors de la respiration forcée la surface verte devient supérieure àthoracique puis retournent à leur position de la surface hachurée (ARexp > ARinsp). Ainsi, lactivitédépart (A, a). Ces forces de distension sont musculaire devient nécessaire et est utilisée (1 ) pourdautant plus élevées que Vpulm, sécarte de 0. le déplacement accéléré de lair et (2) pour diminuerLa pente de la courbe de distension de repos décrit la Vpulm en dessous du niveau respiratoire de repos.compliance (statique) (distensibilité du volume) de Durant des exercices pénibles, le travail respiratoirelensemble « poumons + thorax ». La compliance peut atteindre 20 fois sa valeur de repos.sexprime par ΔVpulm / ΔPpulm en chaque point de la Le travail respiratoire effectué contre les forces decourbe (B). La compliance la plus élevée se situe entre frottement de lair à lécoulement et du poumon (maisla position de relaxation et Vpulm =+11, donc dans la pas du thorax) et contre les forces élastiques duzone de respiration normale. A ce niveau, il faut que la poumon, peut être mesuré durant la respirationcontre-pression par unité de volume soit la plus faible spontanée. Au lieu de mesurer le « gradient de(valeur normale = 1 ml/Pa ou 0.1 l/cm H2O). pression efficace » (C), Ppl est mesuré à laide dun capteur de pression placé dans lœsophage. Dans ceLa compliance qui vient dêtre décrite sapplique à cas, sur le diagramme C, « 0 kPa » doit être remplacélensemble poumons + thorax. On peut aussi distinguerséparément dune part, une compliance pour le thorax par Ppl au niveau de repos respiratoire (- 0,3 kPa ; cf. p. 81, B) et la pression inspiratoire la plus élevée doitseul ΔVpulm/ΔPpl et dautre part une compliance pour être remplacée par la Ppl la plus négative (cf. p. 81, B).les poumons seuls ΔVpulm /Δ(Ppulm - Ppl) (Ppl = pressionintrapleurale, cf. p. 81, B).
    • 90 RespirationTension superficielle des alvéole (Δp élevé) continuerait de diminuer pour se vider dans le plus gros (Δp petit) (A4). Dans lesalvéoles poumons sains, ces deux phénomènes sont évités grâce à une substance tenso-active constituée dunLa compliance passive des poumons et du film phospholipidique (surfactant) recouvrant lathorax (en tant quunité, cf. p. 88) dépend surface de lalvéole. Le surfactant abaisse γ à ungrandement de la tension superficielle. Ces niveau relativement bas, mais moins bas pour les grosforces apparaissent au niveau de linterface alvéoles que pour les petits. Ainsi, les phénomènes a)gaz/liquide, cest-à-dire à la surface des et b) sont pratiquement supprimés.échanges gazeux des alvéoles (≈100 m2). Le surfactant est un complexe de phospholipides et deOn peut démontrer laction de la tension protéines, dans lequel le composant majeur est la dipalmitoyl lécithine. Le surfactant, produit dans lunsuperficielle en mesurant la pression des deux groupes cellulaires recouvrant les alvéoles,intrapulmonaire par remplissage dun poumon les cellules de type II, est sécrété par exocytose. Unecollabé. Quand on utilise de lair, le poumon déficience de surfactant diminue la compliance ; lesoppose, surtout au début, une forte résistance alvéoles se collabent (atélectasie) contribuant ainsiau remplissage, un peu comme lorsquon gonfle dans certaines conditions à la création dun œdèmeun ballon neuf. Chez un nouveau-né, lors des pulmonaire, au développement danomalies pul-premiers soupirs de la vie, cette résistance est monaires notamment après occlusion bronchique ou après respiration de mélanges gazeux à PO2, élevéesvaincue seulement grâce à une pression intra- (intoxication à loxygène, cf. p. 96).pleurale (cf. p. 81, B) dau moins -6 kPa (= -60cm H2O), alors quultérieurement une pression Chez un certain nombre de nouveaux-nés, le surfactant a une action insuffisante (maladie desdenviron -0,6 kPa est suffisante pour gonfler les membranes hyalines, syndrome de détressepoumons. Au contraire, si le poumon est rempli respiratoire), beaucoup dalvéoles sont collabés et ladune solution saline, la résistance est quatre pression douverture ne peut être atteinte.fois plus faible car la solution saline réduit latension superficielle à une valeur proche de Débit respiratoire et testszéro. dynamiquesLaugmentation de pression Δp due à la tensionsuperficielle γ entre un liquide et une bulle de Le débit respiratoire VT est égal au produit; 1gaz de rayon r, entourée de ce liquide, est volume courant VT (l) X fréquence respiratoire f (min- ). Lors de la respiration au repos, il est de lordre de 0,5 •décrite par la loi de Laplace ; Δp = 2 γ/r 1 15 = 7,5 l • min- . Ce débit peut atteindre des valeurs(dimension de γ : N • m -1) ; γ étant normalement 1 de 120-170 l • min- si VT et f augmentent :constant pour un liquide donné (pour le plasma, on parle de respiration volontaire maximale. Laγ = 10-3 N • m-1). Δp est dautant plus grand que mesure de celle-ci revêt une certaine importancer est petit. clinique, par exemple pour la surveillance de lévolution des maladies des muscles respiratoires (comme laLorsquune bulle de savon aplatie apparaît à myasthénie grave; B).lextrémité dun cylindre, r est relativement Un autre test consiste à déterminer le volume expirégrand (A1) et Δp petit (il faut prendre en compte maximal dans la première seconde (volume expiratoireici 2 interfaces air-liquide, si bien que, dans ce maximum seconde, test de Tiffeneau) qui représentecas, Δp = 4γ/r). Lorsquon essaie daugmenter le généralement une fraction, de la capacité vitale (cf. p.volume de la bulle, il faut tout dabord que r 84) (rapport de Tiffeneau : normalement > 0,7, C). (Ladiminue (A2) pour que Δp augmente : il faut capacité vitale forcée est le volume gazeux qui, après une inspiration maximale, peut être expiré despour cela une « pression douverture » poumons au cours dune expiration rapide et aussirelativement élevée. Si le volume de la bulle forcée que possible. Cette valeur est souvent pluscontinue daugmenter, r grandit à nouveau (A3) faible que CV ; cf. p. 84). Tout comme pour la capacitéet le rapport pression nécessaire/augmentation vitale (cf. p. 84), le rapport de Tiffeneau est déterminédu volume redevient beaucoup plus faible. La selon des formules empiriques qui tiennent compte debulle est prête à éclater. Dans son principe, lâge et du sexe. Le débit expiratoire maximallalvéole se comporte dune façon analogue. possible est de lordre de 10 l/s. Cela permet de différencier cliniquement les troubles respiratoires res-Mais ici, lélasticité du tissu pulmonaire soppose trictifs (diminution du volume pulmonaire lors dunà léclatement. œdème pulmonaire ou dune pneumonie ou obstacle àLe modèle des bulles de savon permet aussi de la distension pulmonaire, à la suite dune déviation deconstater que a) les alvéoles sont collabés au-dessous la colonne vertébrale) des troubles respiratoiresdune certaine pression (A2) et b) dans le cas de deux obstructifs (rétrécissement des voies aériennes, dû àalvéoles situés lun à côté de lautre, le plus petit lasthme, à une bronchite, à un emphysème, ou à une paralysie des cordes vocales) (C).
    • 92 RespirationÉchanges gazeux dans les poumons quotient respiratoire : selon lalimentation, ilLes poumons doivent être ventilés (ventilation} varie entre 0,75 et 1,0 (cf. p. 198).pour permettre les échanges gazeux entre les Étant donné que les pressions partiellesalvéoles et le sang. A chaque cycle respiratoire, alvéolaires moyennes sont de 13,33 kPa (100le volume courant (VT) est inspiré et expiré. mmHg) pour O2 et de 5.33 kPa (40 mmHg) pourMais de ce volume VT seule la fraction alvéolaire CO2 et que les pressions partielles dans le sang(VA) est en contact avec les alvéoles, tandis que veineux sont de 5,33 l kPa (40 mmHg) environle reste (VD) représente lespace mort. On a pour O2 et 6,13 kPa (46 mmHg) pour CO2, ildonc VT = VA + VD (cf. p. 86). existe pour 0; un gradient de pression partielleLe volume ventilé par unité de temps VT de 8 kPa environ (60 mmHg) en sens inverse.(I • min-1) est égal au produit : VT • fréquence La diffusion des gaz entre lespace alvéolaire etrespiratoire f. Par analogie, on peut aussi lintérieur des érythrocytes est due à cescalculer la ventilation alvéolaire : VA = VA • f ou différences de pression (cf. aussi p. 94 et suiv.)la ventilation de lespace mort : (A).VD = VD • f. Le trajet de diffusion entre lalvéole et lesLorsque la fréquence respiratoire f augmente érythrocytes est de 1 à 2 µm, ce qui estaux dépens de VT, VT restant constant (« respi- suffisamment court pour quun équilibre de laration superficielle »), la grandeur VA nécessaire pression partielle puisse sétablir pendant leaux échanges gazeux diminue ; ceci est dû à laps de temps où lérythrocyte et lalvéole sontlaugmentation de VD (= VD . f), car VD est une en contact (au repos ≈ 0,75 s; A). La PO2 et lagrandeur anatomique donnée, et à laugmen- PCO2 ont donc pratiquement la même valeurtation de f. dans le sang capillaire ainsi artérialisé que dans lalvéole [pour la diffusion du CO2, la faibleExemple : différence de pression (6 mmHg environ) estNormal : VT = 0,5 I, f = 15 min-1 ; VD = 0,15 l suffisante, car le CO2 diffuse beaucoup plus vitedonc VT = 7.5 l • min -1 ; VD = 2.25 l • min-1 ; que lO2. Lors dun travail physique (Qc élevé), 1VA = 5.25 l • min- . le temps de contact baisse jusquau tiers de laRespiration superficielle : VT = 0,375 I; valeur de repos. Sil existe par exemple unf = 20 min-1 ; VD = 0,15 l (constant) donc VT = obstacle à la diffusion (cf. ci-dessous), ladapta-7.5 l • min-1,( resté constant) ; VD = 3 l • min-1 tion de la pression partielle alvéolaire sera donc(augmenté) ; VA = 4.5 l • min-1 (diminué !). plus difficile lors dun effort quau repos.La respiration superficielle conduit donc à une Troubles relatifs aux échanges gazeux : ils sontréduction des échanges gazeux du fait de la dus au ralentissement de la circulation desdiminution de VA. Le même phénomène se capillaires sanguins alvéolaires (par exempleproduit lorsque lespace mort est augmenté lors dun infarctus pulmonaire; B2), à laartificiellement (cf. p. 106). présence dun obstacle à la diffusion (un épaississement de la membrane lors dun oe-Combien dO2 est utilisé et combien de CO2 est dème pulmonaire par exemple, B3), à la nonformé ? ventilation des alvéoles (par exemple lors deLair inspiré contient une proportion dO2 égale linhalation dun corps étranger, B4). Dans lesà 0,21 (FlO2 et une proportion de CO2 de 0,0003 cas B3 et B4, le sang est insuffisamment(FlCO2) ; dans lair expiré, la proportion dO2 est artérialisé : on parle alors dadmission veineusede 0,17 environ (FEO2) et celle de CO2 est de (alvéolaire) dans le sang artériel. Une admission0.035 (FECO2). Le volume dO2 inspiré en fonction veineuse (extra-alvéolaire) (B) est observéedu temps est donné par la formule VT • FIO2 et le lorsque du sang veineux dune partie des veinesvolume dO2 expiré en fonction du temps est bronchiques et des veines de Thebesius dudonné par la formule VT • FEO2. La différence VT cœur, provenant de court-circuits (shunts) arté-(FIO2 – FEO2) correspond a la consommation rioveineux, parvient dans les poumons. Cesdoxygène VO2 qui est, au repos, denviron mélanges provoquent une baisse de la PO2, de0.3 l • min-1. De façon analogue le volume de 13,33 kPa (100 mmHg) (après passage alvéo-CO2 libéré VCO2 est égal à VT (FECO2 – FICO2 ), soit laire) à 12,66 kPa environ (95 mmHg) dansenviron 0,25 l • min-1, au repos. VO2 et VCO2 sont laorte (et une augmentation correspondante demultipliés par dix environ lors dun travail la PCO2) (A et cf. p. 78).pénible. Le rapport VCO2/VO2 est appelé
    • 94 RespirationCirculation pulmonaire. Rapport ventilation- une PO2 de 100 mmHg (13.33 kPa) et une P CO2, de 40perfusion mmHg (5.33 kPa). Dans le sang de lartère pulmonaire pauvre en O2, la PO2 sélève à 40 mmHg (5.33 kPa) etLe ventricule droit envoie en moyenne exacte- la PCO2 à 46 mmHg (6.13 kPa). Ces deux dernièresment autant de sang vers les poumons que le valeurs sont ajustées aux pressions alvéolaires par lesventricule gauche en envoie dans la circulation échanges gazeux alvéolaires (cf. p. 92). Ces valeursgénérale. A lexception de la faible quantité de moyennes pour lensemble des poumons sont valablessang qui parvient aux poumons par les artères pour une ventilation alvéolaire moyenne VA de 5,25 l • -1 1bronchiques, la circulation pulmonaire moyenne min environ et pour une perfusion Q de 5 1 • min-ou perfusion moyenne Ô est égale au débit environ. Le rapport ventilation-perfusion VA/Q sélève donc dans ce cas à 5,25/5≈1 (C2). Si, dans uncardiaque (Qc = 5 l • min-1). Cette valeur peut cas extrême, il ne se produit absolument aucuneêtre calculée grâce au principe de Fick à partir ventilation «cour-circuit» fonctionnel (shunt), le rapportde la différence artérioveineuse en oxygène et VA/Q est alors égal à zéro (Cl). Mais, à linverse, en casde la consommation doxygène (cf. p. 154). de perfusion insuffisante, les conditions régnant dans les alvéoles concernés sont celles de la pressionLa pression sanguine au début de lartère pul- atmosphérique (espace, mort physiologique, cf. p. 86).monaire sélève à 25 mmHg environ (3,33 kPa) Le rapport VA/Q tend alors vers linfini (C3). Celaau cours de la systole, à environ 8 mmHg (1,07 signifie que, dans un cas extrême, le rapport VA/Q peutkPa) durant la diastole et en moyenne (P) à varier, dans différentes régions du poumon, entre 0 etenviron 15 mmHg (2 pKa). Jusquau début des ∞ ou la PO2, entre les valeurs du sang du ventriculecapillaires sanguins, P tombe droit et celles de lair ambiant (D). Ainsi, VA/O diminueapproximativement à 12 mmHg (1,6 kPa) (Pa) et fortement au repos de la pointe vers la base lorsque leatteint finalement environ 8 mmHg seulement poumon est en position verticale (3,3-0,63. D, B, ligne verte). Lors dun effort physique, ces variations sont(1,07 kPa) (Pv à la fin du lit capillaire. Ces moins marquées.valeurs sont valables pour toutes les régionspulmonaires se situant à hauteur de la valve Les valeurs du rapport VA/Q très variables suivant les régions réduisent lefficacité des poumons en ce quipulmonaire. Dans les vaisseaux se trouvant au- concerne les échanges gazeux, car la P O2, alvéolairedessous du niveau de la valve pulmonaire (vers relativement élevée dans la pointe des poumons (D, àla base du poumon), P ou Pa sélèvent lorsque droite) nintervient pratiquement pas pour équilibrer lale thorax est en position verticale, car ici la PO2 alvéolaire relativement faible dans la base despression hydrostatique de la colonne sanguine poumons en raison de la forme de la courbe desajoute (jusquà 12 mmHg environ), alors que P dissociation de l’O2du sang (cf. p. 101). En cas dediminue dans les régions situées au-dessus de shunt total (VA/Q = 0), même une oxygénothérapie nela valve pulmonaire (vers la pointe du poumon) sert à rien pour les régions pulmonaires concernées,(A). Ici, la pression au niveau de lextrémité car à ce niveau lO2 apporté nentre pas en contactartérielle des capillaires (Pa) peut même tomber avec le lit capillaire (situation C1). Pour éviter que leau-dessous de 0 (pression barométrique), si rapport VA/Q natteigne des valeurs extrêmes, il existe toutefois un mécanisme qui régule la perfusionbien que la pression atmosphérique régnant alvéolaire ; ce mécanisme est appelédans les alvéoles ( PA) comprime les capillaires vasoconstriction hypoxique. Des récepteurs situés( PA > Pa > Pv ; A). Dans cette zone 1 (A), le dans les alvéoles déclenchent, suivant un mécanismepoumon nest guère perfusé que pendant la encore inconnu (hormones tissulaires?), unesystole. Dans les régions moyennes du poumon constriction des vaisseaux sanguins afférents lorsque(zone 2, A), il peut se produire, au moins la Pô, alvéolaire est très basse. Ainsi, les régionspartiellement, un rétrécissement de la lumière pulmonaires mal ou pas du tout ventilées sont shuntées, de sorte que les régions pulmonaires plusau niveau de lextrémité des capillaires veineux «productives» disposent dune quantité de sang(Pa > PA > Pv), alors que la base du poumon relativement plus importante pour le transport des gaz.(zone 3, A) est constamment perfusée (Pa > Pv> PA). Par conséquent, la perfusion du poumon Dans de nombreuses, maladies pulmonaires, la(Ô) augmente, par unité de volume pulmonaire, valeur du rapport VA/Q peut sécarter considéra-depuis la pointe jusquà la base (B. ligne rouge). blement de la normale. Ainsi, dans le poumonPour dautres raisons, la ventilation de lespace de choc, le shunt peut atteindre jusquà 50% dealvéolaire (VA) augmente également dans ce Ô. Un œdème pulmonaire associé (cf. p. 102),sens ; cette augmentation est toutefois moins un autre obstacle à la diffusion alvéolaire ouprononcée (B, ligne orange), si bien que VA/Q une déficience du surfactant (cf. p. 90)augmente de la base vers la pointe (B, ligne provoquent alors très rapidement une insuffi-verte). sance respiratoire grave.Dans les alvéoles pulmonaires, il règne en moyenne
    • 96 RespirationTransport du CO2 dans le sang de lAC ne joue quantitativement aucun rôle. Il en estLe gaz carbonique et leau constituent les principaux de même de la liaison carbaminée du CO2 auxproduits terminaux du métabolisme énergétique (cf. p. protéines plasmatiques).109). Le CO2 produit dans les cellules de lorganismeest physiquement dissous et diffuse dans les Lors de la combinaison du CO 2, les ions H+ sontcapillaires sanguins. Dans le sang, le CO2 reste pour libérés dans lérythrocyte :une faible part dissous et, pour une part plus Formation de bicarbonate :importante, il est sous forme combinée (A, flèches CO2 + H2O ó HCO3- + H+.bleues et cf. différence artérioveineuse en CO2 dans le Liaison carbaminée :tableau ci-dessous). Ainsi chargé en CO2, le sangvéhiculé dans les vaisseaux parvient jusquaux Hb - NH2 + CO2 ó Hb-NH-COO- + H+capillaires pulmonaires par lintermédiaire du cœur Les ions H+ ainsi libérés sont tamponnés (A, pouvoirdroit. Là, le CO2 est à nouveau dissocié (A. flèches tampon). Lhémoglobine constitue le principal tamponrouges) et il diffuse dans les alvéoles avant dêtre dans lérythrocyte, lhémoglobine réduite (B, Hb)rejeté dans lair libre (A, et cf. p. 78 et tableau ci- pouvant capter davantage dions H+ que lhémoglobinedessous). oxygénée (B, oxy-Hb). Ceci permet dexpliquer le phénomène suivant : la libération dO2, autrement dit laLe CO2 diffuse hors des cellules (A, tissu) si bien que transformation de loxy-Hb en Hb, dans les capillairesla PCO2 du sang artériel est de 5.33 kPa environ ou 40 des tissus périphériques augmente la capacité demmHg et celle du sang veineux est de 6,27 kPa liaison du CO2 (effet Haldane). car une augmentationenviron ou 47 mmHg. De ce fait, le CO2 dissous dans + du pouvoir tampon des ions H par lHb augmente lesle plasma augmente aussi. La majeure partie du CO2 possibilités de combinaisons du CO2, aussi bien sousparvient aux érythrocytes où il augmente ainsi la la forme de HCO3- que sous la forme de composéconcentration de CO2 dissous et où il est en outre carbaminé.combiné. Il se forme du HCOg ainsi quun composécarbaminé avec lhémoglobine Hb. Les trois quarts Dans les capillaires pulmonaires, toutes ces réactionsenviron du HCO3- quittent à nouveau les érythrocytes : se produisent à linverse (A et B, flèches rouges) : leils sont échangés contre des ions Cl- [échange HCO3- diffuse à nouveau dans les érythrocytes, capteanionique (courbe dHamburger-Shift), A]. les ions H+ et est transformé en CO2. Loxygénation de lHb en oxy-Hb renforce ce processus parLors de la formation de HCOg à partir du COz dans les + augmentation de la libération des ions H (effetérythrocytes, lanhydrase carbonique (AC ; A) joue unrôle déterminant (cf. p. 145) : en effet, cette enzyme Haldane. B). Le CO2 issu du composé carbaminé estpermet une accélération de la réaction qui est également à nouveau dissous. Il diffuse enfin dans lesrelativement lente normalement, si bien que le court alvéoles, car, à ce niveau, la Pco 2 est plus basse quelaps de temps ( < 1 s), durant lequel les érythrocytes et dans le sang veineux.les capillaires sont en contact, est suffisant pour que leCO2 se transforme en HCO3-. (Le HCOg formédirectement dans le plasma sans aucune intervention
    • 98 RespirationLiaison et répartition du CO2 dans le sang façon suivante (B) : 0,60-0,63 sous forme dHCO3- dans le plasma, 0,26-0,29 sous formeLa teneur en CO2, du sang sexprime en mmol/1 dHCO3- dans lérythrocyte, 0,05 sous forme deet dépend plus ou moins de la pression partielle carbamino-hémoglobine, 0,032 sous forme dis-du CO2 (PCO2, en kPa ou en mmHg), quil soit soute dans le plasma et 0,023 sous formesous forme combinée ou quil soit dissous. Elle dissoute dans lérythrocyte. Parmi ces valeurs,est de 24 à 25 mmol/1 dans le sang veineux ce sont certes les composés carbaminés dansmêlé, de 22 à 23 mmol/1 dans le sang artériel. le sang veineux qui augmentent le plus, mais leLa représentation graphique de cette relation CO2 est transporté malgré tout essentiellementdonne la courbe de dissociation du CO2 dans sous forme dHCO3 (78% de la quantitéle sang (A). transportée, cf. tableau p. 96, dernière ligne)La concentration en CO2 dissous dans le sang des tissus vers les poumons.dépend de façon linéaire de la PCO2, régnant Le rapport concentration de HCO3/concentra-dans le sang et est égale au produit α • PCO2. α tion de CO2 dissous est différent dans le plasmaétant le coefficient de solubilité du CO2. Dans le et dans lérythrocyte (≈ 20: 1 et 12:1). Ceci seplasma à 37°C : α = 0,22 (mmol • I-1 • kPa -1). traduit par une différence de pH entre le plasmaLa courbe de dissociation du CO2 dissous (7,4) et lérythrocyte (≈ 7,2) (cf. p. 110 et suiv.).obtenue est donc une droite (A, ligne verte). Parcontre, le CO2 sous forme combinée nest pas Le CO2 dans le liquide céphalorachidienen relation linéaire avec la PCO2, car le pouvoirtampon est réduit et seul un nombre limité de Contrairement au HCO3 et à H +, le CO2 diffuseliaisons carbaminées avec lhémoglobine est assez aisément à travers la barrière hémato-possible : on obtient pour ce «CO2» une courbe méningée (cf. p. 272), si bien que la PCO2, dude dissociation incurvée. La courbe de liquide céphalorachidien sadapte rapidementdissociation pour lensemble du «CO2» (A, aux variations brutales de la PCO2, sanguine.lignes rouge et violette) se calcule à partir de la Mais les variations (respiratoires) du pH danssomme du CO2 dissous et du CO2 lié. lorganisme, qui sont dues au CO2, ne peuventLallure de la courbe de dissociation du CO2 plus dès lors être tamponnées que par lesdans le sang dépend de la saturation en tampons non bicarbonates (TNB) (cf. p. 116).oxygène de lhémoglobine : pour une Pco, Leur concentration dans le liquidedonnée, le sang entièrement saturé en O2; peut céphalorachidien étant faible, les variationsfixer moins de CO2 que le sang désoxygéné (A, brutales de la PCO2 entraînent à ce niveau descourbes rouge et violette). Cela sexplique variations relativement importantes du pH.également dun point de vue physiologique : Celles-ci sont captées par les chémorécepteurslorsque le sang veineux dans les poumons se centraux et la réponse se traduit par unecharge dO2, la fixation du CO2 diminue adaptation de lactivité respiratoire (cf. p. 104).simultanément (effet Haldane, cf. p. 96). Le Contrairement au liquide céphalorachidien, lesang veineux nest cependant jamais sang est riche en TNB (cf. p. 118), de sorte que,complètement désoxygéné et est toujours par exemple, une chute du pH dans le sang duesaturé dune certaine fraction doxygène (en au CO2 (acidose respiratoire) est tamponnée demoyenne ≈ 0,70) suivant que lorgane concerné façon efficace. De ce fait, la concentration finalea plus ou moins épuisé ses réserves. La courbe du HCO3 dans le sang (cf. p. 118) atteint descorrespondant à cette valeur (A, ligne en valeurs plus élevées que dans le liquidepointillés) se situe entre les deux courbes céphalorachidien, si bien que le HCO3 diffusecorrespondant à une saturation en O2, de 0,00 (relativement lentement) dans le liquideou de 1,00. La PCO2, régnant dans le sang céphalorachidien;artériel est de 5,33 kPa environ (40 mmHg) pour ceci entraîne à ce niveau une remontée du pHune saturation en O2 de 0,97 (A, point a). Dans et donc (par le biais des chémorécepteurs) unle sang veineux, la PCO2, est de 6,27 kPa affaiblissement de la « stimulation respiratoire »,environ (47 mmHg) avec une saturation en O2 un phénomène qui est renforcé par unede 0,70 environ (A, point v). La courbe reliant compensation rénale (augmentation du pH, cf.les points a et v est appelée « courbe de p. 118). Ainsi, il se produit finalement une sortedissociation physiologique du CO2 ». «daccoutumance » aux variations chroniques de la PCO2, normale.La totalité du CO2 (= 1,00) se répartitquantitativement dans le sang artériel de la
    • 100 RespirationLiaison et transport de l’O2 dans le sang entraîner un déplacement des courbes vers la droite ou vers la gauche, donc rendre la partie initiale de laLhémoglobine (Hb) est une protéine de 64800 courbe plus plate ou plus prononcée, sans que laDalton, comprenant quatre sous-unités. capacité de fixation de l’O2 soit modifiée. Lechacune contenant une moitié dhème. Lhème « déplacement vers la gauche » est provoqué parest un complexe de porphyrine et de fer (II). une baisse de la PCO2, et donc une augmentation duChacun des quatre fragments de Fe (II) se pH, ainsi que par une diminution de la température etcombine de façon réversible à une molécule du 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG) qui se trouvedoxygène. Ce mécanisme est une oxygénation dans les érythrocytes. Le « déplacement vers teet non une oxydation. La courbe de droite » est dû, quant à lui, à une chute du pH et à une augmentation des autres facteurs indiqués ci-dessusdissociation de loxygène (A. courbe rouge) a (B).une forme sigmoïde due aux variations daffinitédes groupements hèmes pour lOs. Quand lO2 Un « déplacement vers la droite » signifie que, pourse lie au premier groupement hème, laffinité du une même PO2, le volume dO2 fixé à lHb est moinssecond est augmentée ; la liaison de lO2 au important (A, flèches en pointillés) ou que, à linverse, la PO2, doit être plus élevée pour obtenir unesecond groupement augmente laffinité du concentration dO2 déterminée • (B, flèches entroisième, etc. pointillés). Un « déplacement vers la gauche » a lesQuand elle est totalement saturée doxygène, 1 effets inverses. Les déplacements vers la droite oumol Hb fixe 4 mol O2 (4 X 22.4 I) ou 1 g Hb peut vers la gauche peuvent être exprimés simplement partransporter 1.38 ml dO2. la pression de demi-saturation en O2 (P50), pression pour laquelle lhémoglobine est saturée à 50%.A partir dune pression partielle dO2 donnée (≈ Normalement, cest-à-dire à pH 7,4 et à 37 °C, la P5020 kPa), lHb est entièrement saturée et la est de 3,46 kPa soit 26 mmHg (cf. par exemple courbeteneur en O2 combiné dans le sang ne peut plus bleue dans C).augmenter, même si la pression dO2 sélève. La Le pH relativement bas ou la P CO2, relativement élevéeconcentration maximale possible en O2 combiné dans les tissus périphériques provoquent, à ce niveau,est appelée capacité de fixation de loxygène une augmentation de la dissociation dedans le sang. Elle peut être calculée à partir de loxyhémoglobine par « déplacement vers la droite ».la teneur en Hb dans le sang : 1 g Hb fixe au Inversement, le pH augmente dans les capillairesmaximum 0.062 mmol dO2 (1.38 ml). Pour une pulmonaires et la quantité dO2 fixé peut être plusteneur en Hb de 150 g/l, on a une capacité de importante (effet Bohr). Etant donné que le pH desfixation de lO2 de 9,3 mmol/l ou 0.2071 l dO2/l sangs veineux et artériel ne cesse de varier (entre 7.2de sang. La fraction de la totalité de lHb et 7,4 environ), de même que la PO2, il est possible deeffectivement oxygénée est dite saturée en O2. tracer, comme pour le CO2 (cf. p. 98), une « courbe deCette saturation en O2 peut aussi être calculée dissociation physiologique de lO2 du sang » (B).à partir du rapport : concentration dO2 La myoglobine (qui sert de réservoir transitoire à lO2réelle/capacité de fixation de lO2. Du fait des dans les muscles) et l’hémoglobine fœtale présentent,shunts AV alvéolaires et extraalvéolaires (cf. p. pour une faible PO2, une courbe de dissociation dont la92) la PO2, du sang artériel est plus faible que pente est plus prononcée que celle de lHb normale.la PO2 alvéolaire et atteint 12.7 kPa (95 mmHg) Loxyde de carbone (CO) présente une courbe dechez ladulte jeune, ce qui amène à une dissociation dont la pente est extrêmement abrupte, ce qui signifie que même un très faible pourcentage desaturation en O2 du sang artériel denviron 0,97 CO dans lair ambiant entraîne un déplacement de lO2tandis que la saturation du sang veineux mêlé initialement fixé à lHb (intoxication par le CO) (C).est de lordre de 0.73 (PO2, = 5.33 kPa, = 40 Lorsque le fer normalement bivalent dans lHb estmmHg). La valeur artérielle diminue avec lâge, oxydé en un fer trivalent, il se forme de la Met-Hb quitandis que la valeur veineuse varie dun organe nest plus en mesure de fixer lO2 (C).à lautre, car lextraction dO2 dépend de lanature et du travail de chaque organe. La concentration en oxygène dissous est très faible et dépend linéairement de la PO2, (—> A, courbeLa courbe de dissociation de lO2 du sang est incurvée orange). La concentration est donnée par le produiten forme de S (voir ci-dessus) et atteint un plateau α X PO2, ou α représente le coefficient de solubilité delorsque les pressions partielles de lO2 sont élevées (A, lO2 Dans le plasma, à 37°C, ce coefficient pour 1 1courbe rouge), car la capacité de fixation de lO2 est loxygène est α = 0,01 mmol • I- kPa- . Dans le sangatteinte. Si la teneur en Hb dans le sang augmente ou artériel (PO2 = 12,7 kPa) il y a environ 0.13 mmol/l dO2diminue (A, courbe jaune ou violette), la courbe se dissous. Cette valeur représente environ 1/70 dedéplace (et la capacité de fixation de lO2 aussi) vers le loxygène combiné à lhémoglobine.haut ou le bas. Plusieurs facteurs peuvent aussi
    • 102 RespirationDéficit en oxygène (hypoxie, dérythrocytes suffisant (anémie hypo-chrome) : ceci peut être dû à un manque de fer (cf. p. 62) ;anoxie) c) la formation dHb déficiente (comme lors duneLanoxie ou absence complète doxygène ne se anémie à hématies falciformes) ; d) une inefficacité de lHb : par exemple à la suiterencontre pas cliniquement, mais le terme est dune intoxication par loxyde de carbone ou dunesouvent employé. Lhypoxie correspond à une formation de Met-Hb (cf. p. 100).situation dans laquelle les cellules reçoivent trop 3. Anoxie ischémique (A, 3) : Elle apparaît lorspeu dO2, ce qui provoque, au niveau des dun état de choc, dune insuffisance cardiaquemitochondries, une diminution de la pression ou dune obstruction vasculaire, La PO2,partielle en dessous dune valeur critique de 0,1 pulmonaire comme la concentration en Hb sont-1 mm Hg. Lhypoxie se développe car seul un normales, mais la délivrance dO2 aux tissus seespace cylindrique restreint autour du capillaire fait mal et les PO2, locales deviennentpeut être normalement approvisionné en O2 insuffisantes. La différence arté-rioveineusegrâce au mécanisme de diffusion. Le rayon de pour lO2 augmente par suite dune élévation dece cylindre dépend de la PO2, du coefficient de lextraction.diffusion, de la consommation dO2 par lestissus et du débit sanguin capillaire. Pour un A la différence de lhypoxie hypoxémique ou anémique, dans lhypoxie ischémique, le transport des produits dufonctionnement optimal du muscle, ce rayon est métabolisme est également impliqué. Dans ce cas, lade lordre de 20 µm (diamètre de la lumière glycolyse anaérobie (cf. p. 46) ne peut même pas êtrecapillaire : 6 µm) : une aide car lacide lactique produit saccumule dans laau delà de 20 µm, les cellules des tissus zone ischémiée; le métabolisme cellulaire est alorsenvironnants reçoivent trop peu dO2 (hypoxie ; rapidement bloqué par suite de lacidose locale.A, 4). Quatre types dhypoxie peuvent être 4. Anoxie cytotoxique (A, 5) : Elle apparaîtdistingués selon leur étiologie : lorsque lutilisation de lOs est bloquée malgré1. Anoxie hypoxémique (A, 1) : Elle apparaît une quantité dO2 suffisante dans la cellulelorsque le sang est insuffisamment oxygéné : (mitochondries). Lacide cyanhydrique (HCN)a) lorsque la PO2, de lair ambiant est trop basse par exemple bloque loxydation des substancescest ce qui se produit en altitude (cf. p. 108) ; nutritives (substrats) de la cellule par inhibitionb) lors dhypoventilation consécutive, par de la cytochrome-oxydase.exemple, à une paralysie des muscles respira- La sensibilité à lanoxie varie suivant les différentstoires (cf. p. 80 et suiv.) ou du « centre » organes et tissus. Le cerveau est particulièrementrespiratoire (cf. p. 104) ou à la suite dune sensible au manque dO2 (B). Cela est dautant pluspression ambiante trop élevée sur le thorax, par grave quune cellule nerveuse qui meurt nest pasexemple en cas de plongée avec tuba (cf. p. remplacée. Lors dune anoxie, cest la durée de survie106); du cerveau qui est le facteur limitant dans le rétablissement du sujet après la guérison de lanoxie.c) lors de troubles de la diffusion alvéolocapil- Après 15 secondes seulement danoxie, le sujet perdlaire, par exemple : œdème pulmonaire, pneu- connaissance. Après 2 minutes danoxie les cellulesmonie ou fibrose ; sont endommagées de manière irréversible et après 4d) lors de troubles de léquilibre ventilation- à 5 minutes elles meurent. Des hypoxies de moindreperfusion (cf. p. 94), comme par exemple dans importance, comme lors dinsuffisance cardiaque ou delemphysème. troubles pulmonaires chroniques, peuvent se mani- fester par des états cliniques tels que confusion,2. Anoxie anémique (A, 2) : II sagit dune désorientation ou conduite bizarre.anoxie due à une diminution de la capacité de On parle de cyanose lorsque la quantité dHb réduitefixation de lO2 dans le sang (cf. p. 100). La dépasse 50 g/l dans les capillaires. Elle se manifestepression partielle en O2 du sang artériel est par une coloration violacée du lit de longle, des lèvres,normale, mais la quantité dhémoglobine des lobes doreille et des régions où la peau est mince,capable de fixer lO2 est diminuée. Au repos. ce qui lui fait prendre une coloration pourpre foncée.lhypoxie consécutive à lanémie est rarement Comme le développement dune cyanose dépend de lasévère, mais à lexercice elle peut être restrictive. concentration absolue dHb réduite, une hypoxie peut être sévère sans cyanose (cest le cas dans lanémie),Elle est provoquée par : de même une cyanose peut se rencontrer sansa) un déficit en érythrocytes (ex. lors dune hypoxie significative (comme dans la polyglobulie).hémorragie), une diminution de la formation Dans ce dernier cas, la polyglobulie peut être unedérythrocytes ou une augmentation de leur réponse adaptative, par exemple pour prévenir unedégradation ; anoxie hypoxémique (cf. p. 108).b) un déficit en hémoglobine Hb malgré un nombre
    • 104 RespirationRégulation de la respiration récepteurs sont les tensorécepteurs pulmonaires qui participent au réflexe deLa respiration est soumise à une régulation du Hering-Breuer. Lors de laugmentation desystème nerveux central (SNC). La respiration linspiration, les tensorécepteurs sont stimulésvolontaire est sous linfluence du cortex tandis et engendrent des impulsions transportéesque la respiration automatique est commandée jusquau SNC par des grosses fibrespar la région médullo-pontique (A). Les muscles myélinisées du nerf vague (X). Ils augmentent larespiratoires sont innervés par les nerfs des durée de chaque cycle et diminuent laracines cervicales (C IV-VIII) et dorsales (D 1- fréquence. Ils sont également impliqués dansVII). La régulation de la respiration permet des réflexes amenant bronchoconstriction,dajuster la ventilation de manière à maintenir tachycardie et vasoconstriction.les PO2, PCO2, et le pH sanguin à des valeursappropriées, le pH et la PCO2, du sang étant Le contrôle de la respiration automatique par leintimement dépendants lun de lautre (cf. p. 110 système nerveux central est sous linfluence deset suiv.). Il y a différents types de récepteurs au centres respiratoires situés au niveau du pont etniveau des voies afférentes du SNC, des de la moelle. Ces centres bulbaires modulent lachémorécepteurs, des mécanorécepteurs et profondeur de linspiration et le point de rupturedautres récepteurs. de la fin de linspiration. Le centre médullaire est important pour établir lactivité rythmiqueLes chémorécepteurs périphériques se respiratoire et joue également un rôle dans lesituent au niveau des corpuscules aortique et réflexe de Hering-Breuer, lequel inhibe lins-carotidien. Chez lhomme le premier organe piration lorsque le poumon est distendu.sensible à O2 est le corpuscule carotidien. Lesimpulsions partant de ces récepteurs Dautres afférences arrivent aux centres médullairesaugmentent dès que la PO2, chute au dessous concernant notamment : les propriorécepteurs (cf. p. 278) qui coordonnent lactivité musculaire avec ladenviron 13,3 kPa (= 100 mmHg). La fréquence respiration ; la température corporelle qui, pardes impulsions ne peut être accrue au dessous exemple, augmente la fréquence respiratoire pendantde 4 kPa = 30 mmHg). Laugmentation de la la fièvre ; les barorécepteurs (cf. p. 179) qui envoientréponse ventilatoire à une chute de PO2, est des afférences aux centres médullaires aussi bienpotentialisée par une élévation de PCO2, ou par quaux centres cardio-inhibiteurs médullaires ; en sensune concentration accrue en H+. La réponse à inverse, lactivité respiratoire a une influence sur laPCO2 est linéaire en dessous de 5,3 kPa ( = 40 pression sanguine et la fréquence cardiaque, mais les effets sont faibles; les centres nerveux supérieursmmHg) et pour un pH de 7,7 à 7,2. (cortex, hypothalamus, système limbique) ont égale-Une augmentation du CO2 et consécutivement ment une action sur la respiration durant les émotionsune chute du pH du liquide cépha-lorachidien (anxiété, peur, douleur), ou lors des réflexes tels que(LCR) stimule les chémorécepteurs centraux léternuement. le bâillement, etc. Quand on retient volontairement sa respiration, on peut inhiber ladu bulbe rachidien antérieur (médulla respiration automatique jusquau point de ruptureoblongata. cf. p. 272). Ce stimulus renforce atteint quand laugmentation de PCO2, et la chute delactivité respiratoire afin dabaisser la PCO2, PO2, sont telles quelles outrepassent linhibitionsanguine (et par là-même celle du LCR). volontaire. Lapparition du point de rupture peut êtreLors de la rétention chronique de CO2, le retardée par une hyperventilation préalable (cf. p. 106).centre médullaire devient insensible aux Les termes suivants décrivent lactivité respiratoire :variations de PCO2, de telle manière que la PO2, lhyperpnée et lhypopnée caractérisent la profondeurdevient le « moteur de la respiration » (voir de la respiration ; la tachypnée, la bradypnée etaussi p. 98). Dans ce cas, si la PO2, est lapnée caractérisent la fréquence respiratoire sans tenir compte de lefficacité ou des besoins. Laaugmentée par respiration doxygène pur dyspnée est la conscience dune respiration peu(100%d02), la commande respiratoire peut être profonde et lorthopnée est une dyspnée sévèreabolie avec comme conséquence le coma et la nécessitant une position verticale du thorax pourmort. Pour prévenir cette éventualité, les permettre la respiration. Lhypo- ou lhyperventilationmalades ayant une élévation chronique de PCO2, décrivent les situations ou la ventilation alvéolaire estdoivent seulement recevoir un air enrichi en O2 trop faible ou trop élevée par rapport aux besoinsplutôt que 100% dO2 (cf. p. 108). métaboliques, ceci aboutissant à une élévation ou une diminution respective de la PCO2 alvéolaire.Les mécanorécepteurs se rencontrent dansles voies aériennes supérieures et les poumons.Ils sont de différents types et ont des fonctionsvariées. Dans les poumons, les principaux
    • 106 Respiration Lorsque lon plonge sans aucun appareil en retenant sa respiration, la pression partielle du CO2, PCO2,Respiration en plongée augmente (cf. p.78) dans le sang, car le CO2 produit dans lorganisme nest pas rejeté. A partir duneMême si lapport dair est assuré, la plongée est la certaine PCO2, la stimulation des chémorécepteurs (cf.cause de problèmes respiratoires par suite de p. 104), donne la sensation de dyspnée correspondantlaugmentation de pression barométrique (PB) de 98 au signal « remontée ! ». Pour retarder ce moment, onkPa (= 1 at = 735 mmHg) tous les 10 m de profondeur peut, avant la plongée, diminuer la PCO2, normale dansdeau. Lors de la plongée juste sous la surface de le sang en procédant à une hyper-ventilation (plusieursleau, les voies respiratoires peuvent être reliées à respirations amples successives). Lévolution deslextérieur par un tuba qui permet de respirer lair pressions partielles dans lalvéole ainsi queambiant (B). Cependant, plusieurs facteurs limitent la limportance et la direction des échanges gazeuxprofondeur à laquelle la plongée avec tuba est possible alvéolaires pour ce type de plongée (10 m de1) Le tuba augmente lespace mort fonctionnel (B). profondeur pendant 40 s) sont indiquées en C :Quand lespace mort (cf. p. 86. 92) atteint le volume lhyperventilation initiale abaisse la PCO2, (Cligne vertecourant, lair renouvelé ne peut plus atteindre les en trait plein) et augmente quelque peu la PO2, (C,alvéoles. La réduction du diamètre du tuba permet de ligne rouge) dans lalvéole (et dans le sang). Ladiminuer le volume de lespace mort mais na pas plongée à 10 m de profondeur double la pression surdintérêt : cela augmente la résistance des voies le thorax et donc sur les alvéoles, ce qui provoque uneaériennes. forte augmentation des pressions partielles (PCO2. PO2.2) La pression exercée par leau sur le thorax PN2) des gaz. De ce fait, les alvéoles libèrentaugmente les forces nécessaires à linspiration. La davantage dO2 dans le sang et le CO2 circule dès lorspression inspiratoire maximum que peuvent produire dans le même sens (C, en bas). Lorsque la PCO2, dansles muscles est approximativent de 11 kPa (112 cm le sang a suffisamment augmenté, le signal «remontéeH2O ; cf. p. 89), si bien quà 112 cm de profondeur !» se produit (cf. ci-dessus). Au cours de la remontée,linspiration est impossible et le thorax est fixé en la Pô, dans le sang et lalvéole diminue rapidementexpiration (B). 3) De plus, la pression externe élevée (consommation dO2 et décompression) et léchangecomprime le sang de la périphérie dans les poumons doxygène alvéolaire cesse. Au niveau de la surface de(retour veineux, cf. p. 184), provoquant un œdème leau, la PO2, atteint ainsi une valeur encore tolérable.pulmonaire. Par contre, si lon procède à une hyperventilationLa plongée à de grandes profondeurs (jusquà 70 m excessive avant la plongée, le signal « remontée ! »environ) nécessite lutilisation dappareils de plongée arrive trop tard et la PO2, tombe à zéro avant que laréglant automatiquement la pression de lair inspiré surface de leau soit atteinte (perte de connaissance, mort par noyade, C, lignes en pointillés).(contenu dans des bouteilles sous pression) à lapression de leau. Lélévation de la PB liée à la Barotraumatisme : Au cours de la plongée, certainesprofondeur augmente la quantité de N2 et dautres gazdissous dans le plasma, par augmentation de leur cavités remplies de gaz (poumons, oreille moyenne,pression partielle (A). Par rapport au niveau de la mer, etc.) sont réduites de volume sous leffet deà moins 60 m, il y a 7 fois plus dazote sous forme laugmentation de la pression (jusquà 1/2 à 10 m dedissoute. Lors de la remontée par paliers vers la profondeur et 1/4 à 30 m), à moins que le volume dairsurface, la pression diminue à nouveau et le N2 manquant ne soit remplacé. Cest ce qui se produitsupplémentaire ne reste pas en solution. Si la automatiquement dans les poumons lorsquon utiliseremontée est trop rapide, le N2 est brutalement libéré des appareils de plongée. Mais la communication entredans le sang à Y état gazeux sous forme de bulles loreille moyenne et le pharynx par lintermédiaire de la(comme lorsquon ouvre une bouteille de boisson trompe dEustache nest ouverte quoccasionnellementgazeuse) lesquelles provoquent une obstruction des (lors de la déglutition) ou pas du tout (par exemple,petits vaisseaux sanguins créant ainsi une embolie lorsquon est enrhumé). Si la compensation volumiquegazeuse (maladie des plongeurs ou des caissons, fait défaut à ce niveau lors de la plongée, laugmen-A). Le traitement des troubles de décompression tation de la pression de leau dans le conduit auditifconsiste en une recompression immédiate et ensuite externe provoque un bombement du tympan versune lente décompression. Bien que N 2 ne soit pas lintérieur (douleur) et peut même occasionner saphysiologiquement actif à la pression barométrique, rupture : leau pénètre et irrite lorgane de léquilibrationdes niveaux de PN2 élevés sont toxiques et dépriment (cf. p. 298) dun côté, ce qui conduit à des nausées,le système nerveux de la même manière que les gaz des vertiges et une perte du sens de lorientation. Pourutilisés en anesthésie. A une pression de 400-500 kPa prévenir cela, on doit de temps à autre comprimer lair(correspondant à 30-40 m de profondeur), N 2 peut être hors des poumons vers loreille moyenne (se bouchercause deuphorie, à de plus grandes profondeurs et le nez et comprimer).pour une plus longue exposition il provoque une Lors de la remontée, les cavités remplies de gaznarcose (« ivresse des profondeurs »), qui ressemble àune intoxication alcoolique. Ces effets peuvent être augmentent à nouveau de volume. Si la remontée seprévenus en substituant lhélium à N2 car lhélium a un fait trop rapidement ( > 18 m/min), donc sans aucuneffet anesthésique moindre. La fraction normale dO2 rejet dair à étapes régulières, il se produit notammentdans lair (0,21 l/l ou 21 Vol %) devient mortelle à une des fissures dans les poumons (pneumothorax ; p. 82)profondeur de 100 m car la PO2 inspiratoire atteint la avec des hémorragies et des embolies gazeuses souvent mortelles.valeur toxique absolue de 220 kPa (cf. p. 108).
    • 108 RespirationRespiration en haute altitude pour survivre.Au niveau de la mer, la pression barométrique Laccélération maximale de la respiration (environ 3(PB) est en moyenne de 101,3 kPa (760 mmHg). fois la respiration de repos) est relativement plus faibleA partir du pourcentage dO2 dans lair (0.21 ), en cas de manque doxygène que lors dun effort physique à une altitude normale. Ceci est dû au faiton peut calculer la pression partielle de lO2 que lhyperventilation daltitude entraîne une chute dedans lair inspiré (PlO2 soit 21.33 kPa environ la PCO2 dans le sang ; il en résulte une alcalose(160 mmHg) (cf. p. 78). Au fur et à mesure que respiratoire (cf. p. 116). Cela se traduit par unelaltitude sélève au-dessus du niveau de la mer, diminution de la stimulation respiratoire par lesla PB et donc la PlO2 (A, colonne 1), diminuent de chémorécepteurs centraux (cf. p. 104), effet quimême que la pression partielle de lO2 dans les soppose à la stimulation respiratoire par les chémoré-alvéoles (PAO2) la pression partielle alvéolaire de cepteurs à lO2. Lalcalose respiratoire est néanmoins compensée au bout dun certain temps par unelO2 au niveau de la mer étant de 13.33 kPa augmentation de lélimination du HCO 3. De ce fait, leenviron (100 mmHg) (A, colonne 2). Si la PAO2, pH sanguin se rapproche à nouveau de la normale, etqui détermine lapport dO2, atteint le seuil la stimulation respiratoire peut être mise en évidencecritique de 4.7 kPa environ (35 mmHg), des par linsuffisance dO2. Lexcitation destroubles de la fonction cérébrale apparaissent chémorécepteurs à lO2 en altitude provoque aussi une(hypoxie. cf. p. 102). Lors dune respiration augmentation de la fréquence cardiaque: un apportnormale, ce seuil serait atteint à une altitude de dO2 suffisant dans les tissus est également assuré par laugmentation du débit cardiaque (cf. p. 154).4 000 m environ (A, courbe en pointillés dans lacolonne 2). Mais la diminution de la PO2, L’érythropoïèse est également stimulée en altitude. Après une période dacclimatation prolongée, leprovoque, grâce aux chémorécepteurs (cf. p. nombre de globules rouges sélève dans le sang102), une augmentation du débit respiratoire VT (polyglobulie) par suite de laugmentation de la(respiration par manque dO2) (A, colonne 4). sécrétion dérythropoïétine (cf. p. 60). Cependant cetteLa PAO2 peut ainsi être maintenue à un niveau augmentation est limitée par lélévation simultanée deplus élevé, de sorte que le seuil critique nest la viscosité sanguine (cf. p. 64 et p. 156). Quand la Pô,atteint quautour de 7 000 m environ artérielle sélève, la sécrétion dérythropoïétine(gain daltitude. A). Comme on peut le voir à diminue. Les habitants du massif des Andes (5 500 m), ont une polyglobulie et une PAO2 basse, mais les pluspartir de léquation des gaz alvéolaires, jeunes dentre eux, tout au moins, semblent vivrePAO2 = PlO2 – PACO2 / QR à un niveau de pression assez normalement.barométrique donné, aucune chute de PACO2(provoquée par une hyperventilation) ne peutamener une élévation de la PO2 alvéolaire. Au Intoxication par lO2dessus de 7 000 m daltitude, il y a Si la pression partielle de lO 2 dans lair inspiré (PlO2)généralement perte de connaissance. est supérieure à la normale ( > 22 kPa ou 165 mmHg),Cependant la respiration dO2 à laide de que ce soit en raison dune augmentation de labouteilles sous pression permet datteindre concentration dOs (oxygénothérapie) ou dune éléva-des altitudes plus élevées (A, colonne 1, courbe tion de la pression totale pour une teneur en O2 normale [plongée, cf. p. 106), il se produit uneverte). La PAO2 critique est alors atteinte pour hyperoxie. La toxicité de lO2 dépend de la PlO2 (seuilune altitude de 12000 m (A, colonne 3), mais si critique > 40 kPa environ ou 300 mmHg) et de la duréeVT est également augmenté, cette limite peut de lhyperoxie. Des lésions pulmonaires apparaissentêtre repoussée à 14000 m. (diminution du surfactant, cf. p. 90) lorsque la PlO2 sélève à 70 kPa environ (0,7 at) pendant plusieursToutefois à une altitude de 10400 m, la PB chute jours ou à 200 kPa environ (2 at) pendant 3 à 6à 25 kPa (= 187 mmHg) et même en respiration heures. Les premiers symptômes en sont la toux etsous 100% dO2, il est impossible dassurer une des douleurs lors de la respiration. Si la P lO2 estPO2, de 13.33 kPa (= 100 mmHg). De telles supérieure à 220 kPa (2,2 at), ce qui correspond àaltitudes ne peuvent être dépassées sans environ 100 m de profondeur avec alimentation en airquapparaisse une hypoxie. Les avions long comprimé, des crampes apparaissent, suivies dunecourrier modernes volent de ce fait légèrement perte de connaissance.sous ce plafond de PB de façon à permettre la Les prématurés perdent la vue sils sontventilation à laide de masque à oxygène, sans longtemps exposés à une PlO2 > 40 kPa (parrisque dhypoxie, en cas de dépressurisation de exemple en couveuse), car, dans de tellesla carlingue. En dessous des valeurs critiques conditions, le corps vitré se trouble.de PAO2 (4,7 kPa = 35 mmHg) ou de PB (16.3 kPa= 122 mmHg) une combinaison pressurisée oudes cabines pressurisées sont indispensables
    • 110 Équilibre acido-basiquepH, tampon, équilibre acido-basique Les protéines plasmatiques ainsi que les phos-Le pH qui représente la concentration en phates inorganiques (H2PO4- H+ + HPO42-)ions H+ [H+] est donné par la formule : et organiques (dans lérythrocyte) exercent enpH = - log [H+] (cf. p. 333 et suiv.). outre un effet tampon. Lintérieur des cellules des divers tissus peut aussi servir de tampon.Le pH du sang sélève en moyenne à 7,4environ (valeurs normales, cf. p. 114), ce qui Lensemble des tampons du sang (cf. p. 112)correspond à une [H+] de 40 nmol/l environ. En à pH 7.4 constant est denviron 75 mmol • I-1dehors de certaines sécrétions locales (suc (ΔpH)-1 et la somme des bases tampons estpancréatique, urine) le pH est presque identique normalement de lordre de 48 meq/l (cf. p. 114pour tous les liquides de lorganisme avec une et 118). Cette dernière est la somme de toutesvaleur de lordre de 7.2-7.4 pour les liquides les formes de tampon qui peuvent capter desintracellulaires. La constance du pH est ions H+ (HCO3-,Hb-, HbO2-, phosphoglycérate,particulièrement importante pour lorganisme : la protéine e- plasmatique. HPO42-, etc).forme moléculaire des protéines par exemple Pour évaluer le pouvoir tampon du sang dansdépend du pH ; il en est de même de la lorganisme, la concentration en base tamponstructure normale des éléments constitutifs de est généralement préférée à la capacité tamponla cellule. L’activité optimale enzymatique est car cette dernière valeur dépend de la PCO2.assurée pour un pH normal. Par conséquent, Le pH du plasma, et donc du sang, peut êtrelorsque le pH sécarte beaucoup de cette valeur, influencé par toute une série de facteurs (A) :des troubles du métabolisme, de la perméabilitémembranaire, de la répartition électrolytique, a) des ions H+ peuvent être directementetc. apparaissent. Des pH inférieurs à 7,0 et apportés sous forme dacide chlorhydrique,supérieurs à 7,8 sont incompatibles avec la vie. dacide lactique, dacide acétyl-acétique, dacide β-hydroxybutyrique, dacide cétonique, dacidePlusieurs tampons pH assurent la constancedu pH dans lorganisme (cf. p. 334 et suiv.). Le sulfurique, etc., au cours du métabolisme ou éliminés du sang, par voie rénale (cf. p. 144 etprincipal tampon du sang et du liquide interstitielest le système : CO2 + H2O HCO3- + H+ suiv.) ou lors de vomissements (cf. p. 114),Pour un pH donné dans une solution, le rapport b) des ions OH- peuvent être apportés avec lesdes concentrations de chaque « base » tampon sels (basiques) des acides faibles lors dune(par exemple [HCO3-]) est fixé par « lacide » alimentation essentiellement végétale. Les ionstampon correspondant (donc, dans lexemple OH- libérés au cours de la dégradation se lientcité, [CO2]) (équation dHenderson- principalement au CO2 ; il se forme du HCO3-,HasselbaIch ; A et cf. P. 113). ce qui provoque une augmentation du pH.Le système tampon CO2/HCO3- revêt une c) la concentration en gaz carbonique [CO2]grande importance dans le sang ; non peut changer à la suite de modifications de laseulement il peut tamponner les ions H+ production de CO2 lors du métabolisme ou à la(comme les autres tampons), mais aussi les suite du rejet du CO2 dans les poumons. Si laconcentrations des deux constituants du concentration en CO2 diminue, le pH augmentetampon peuvent varier sensiblement, indé- et inversement (A).pendamment lune de lautre : la [CO2] est d) la concentration en bicarbonates [HCO3-]régulée par la respiration et la [HCO3-] est peut être modifiée, à la suite de lélimination durégulée par les reins (A). HCO3- par les reins ou de la perte de HCO3-Parmi les autres tampons, le plus important est lors de diarrhées (cf. p. 114 et 146),lhémoglobine contenue dans les érythrocytes : laugmentation (ou la diminution) de la [HCO3-]HbH Hb- + H+ ; provoquant une augmentation (ou une diminution) du pH.HbO2H HbO2 + H+.LHb oxygénée et relativement acide capte moinsdions H+ et en libère davantage que lHb réduite quiest moins acide (cf. aussi p. 96 et 98). De ce fait, si delHb est oxygénée en HbO2 dans les poumons, desions H+ sont libérés : ils compensent partiellementlaugmentation du pH qui est due au rejet du CO 2 à ceniveau.
    • 112 Équilibre acido-basiqueLe tampon bicarbonate-gaz carbonique dans les alvéoles une Pco2 constante (cf. p. 92 et suiv.), qui modifie la Pco2 plasmatique àDans une solution de bicarbonate, le rapport chaque passage pulmonaire ;entre la concentration en bicarbonate [HCO3-] et autrement dit, la Pco2 dans le sang artériel estla concentration en gaz carbonique dissous également constante. Un apport dions H+[CO2H] détermine le pH (A. en haut, équation provoque une augmentation de la Pco2 dans ledHenderson-HasselbaIch). sang (H+ + HCO3- à CO2 + H2O) (B, à gauche).Si par exemple la [HCO3-] = 24 mmol/1 et la Le CO2 supplémentaire est rejeté très[CO2] = 1,2 mmol/l, le rapport [HCO3-] / [CO2] rapidement par le poumon, de sorte que la Pco2est alors égal à 24/1,2 = 20 ; si on introduit artérielle ne varie pratiquement pas malgrélog 20 (= 1,3) et pK (= 6,1) dans léquation, on laddition dions H+ (système ouvert).obtient un pH de 7,4 (A, en haut). Si la [HCO3-] Le calcul ci-après montre quune telletombe à 10 mmol/l et la [CO2] à 0,5 mmol/l, le augmentation du rejet de CO2 nestrapport devient 10/0,5 = 20 : bien que les quantitativement pas très importante : parconcentrations baissent, le rapport des deux exemple, si la production dions H+ estvaleurs ne varie pas et le pH reste donc multipliée par 2 dans lorganisme en lespaceconstant. dune journée (normalement 60 mmol/j), il seSi des ions H+ sont introduits dans une solution forme (sans tenir compte du tampon nontamponnée, ils se lient à la base tampon bicarbonate) 60 mmol de CO2 supplémentaires(ici HCO3-), ce qui donne lacide tampon par jour, ce qui représente environ 0,3 %HCO3- + H+ —> CO2 + H2O. Dans un système seulement du rejet normal deCO2 par jour. Dunfermé, la quantité dacide tampon qui se forme autre côté, le HCO3- utilisé pour tamponner cesest exactement la même que la quantité de 60 mmol/j dions acides est quantitativementbase tampon qui est consommée (linverse est beaucoup plus important. Il représente environégalement valable lorsquon ajoute des ions 1/6 de la quantité totale de HCO3- contenueOH-). dans le LEC. Lexcrétion rénale dions H+ est donc nécessaire. Pour chaque ion H+ excrété,Les valeurs initiales qui ont été indiquées, à un ion HCO3- est formé (cf. p. 147, C1)savoir 24/1,2 mmol/l pour [HCO3-] / [CO2] (A, enhaut), varient lorsquon ajoute par exemple Dans son principe, lapport dOH- périphérique2 mmol/l dions H+ et deviennent 22/3,2, le pH agit de façon analogue. Etant donné quetombant à 6,93 (A. à gauche). Ceci signifie que OH- + CO2 à HCO3-, la [HCO3-] augmente et lala capacité tampon (voir ci-dessus) du Pco2 sanguine est plus faible que la normale.HCO3-/CO2 est plus faible dans un système Par suite de la diminution du rejet de CO2, laferme, puisque la valeur du pH : 6,93 est assez Pco2 artérielle nest en rien modifiée (B, àéloignée de la valeur souhaitée de 7,4 (cf. p. droite), si bien que le pH artériel augmente334). légèrement du seul fait de laugmentation de la concentration du HCO3-.Mais si le CO2 qui se forme en plus est enlevé Parallèlement au système HCO3- / CO2, (environde la solution (système ouvert; A, à droite), 53 % du pouvoir tampon du sang), des ions OH- ou H+seule la concentration en bicarbonate varie dans le sang sont également tamponnés par leslorsquon ajoute des ions H+ (2 mmol/l). Le tampons non bicarbonates (principalementrapport [HCO3-] / [CO2] ( = 22/1,2) et donc aussi intracellulaires) (TNB : ≈ 47 % du pouvoir tampon).le pH (7,36) diminuent beaucoup moins dans ce Les TNB sont les tampons dans un système fermé ;cas que lors du tamponnage dans le système autrement dit, leur concentration totale ([base TNB] +fermé. [acide TNB]) reste constante, même après un tamponnage. Dans le sang, lhémoglobine est le TNBLe pouvoir tampon du bicarbonate dans le plus important (cf. p. 118). La capacité tampon dulorganisme provoque la formation dun sang peut être réduite, de façon sensible, danssystème ouvert, car la pression partielle du lanémie. Les TNB sont efficaces non seulement avecCO2 (Pco2 et donc la concentration en CO2 le tampon HCO3-/CO2 dans les troubles du([CO2] = α • Pco2 ; cf. p. 98) du plasma sont métabolisme acido-basique (cf. p. 114), mais ilsréglées par la respiration (B). deviennent le seul tampon efficace dans les troubles acido-basiques respiratoires dont les premiers signesNormalement, la quantité de CO2 rejetée est sont des modifications prolongées du CO2 plasmatiqueégale à la quantité de CO2 produite lors du (cf. p. 116).métabolisme (15000 à 20000 mmol/j). Il règne
    • 114 Équilibre acido-basiqueÉquilibre acido-basique Maintien normaux du plasma artériel (mesuré dans leet régulation sang capillaire artérialisé) sont les suivants (pour les valeurs- dans les érythrocytes. voirLéquilibre acido-basique est assuré par les tableau P. 96) :mécanismes homéostatiques maintenant le pHconstant. Les paramètres acido-basiques Femmes Hommes[H+] 39.8 ± 1.4 mmol/l 40.7 ± 1.4 mol/lpH 7.40 ± 0.015 7.39 ± 0.015PCO2 5.07 ± 0.3 kPa (=38 ± 2 mmHg) 5.47 ± 0.3 kPa (=41 ± 2 mmHg)[HCO3-] 24 ± 2.5 mmol/l 24 ± 2.5 mmol/lLéquilibre acido-basique est assuré lorsque les bilans Acidose métaboliqueci-après sont équilibrés dans lorganisme : Une acidose métabolique (non respiratoire, pH bas,1. Apport ou production dions H+ -Apport ou HCO3- bas) peut être provoquée notamment par : production de HCO3- = Élimination des ions 1) une incapacité du rein à éliminer les ions H+ H+ - Élimination du HCO3- ≈ 60 mmol/j produits; 2) une ingestion dacide; 3) une production acide endogène accrue comme cest le cas dans le (suivant lalimentation) ; diabète ou lors du jeûne (dégradation incomplète des2. Production de CO2 = Élimination du CO2 ≈ graisses, acidocétose) ; 4) une production anaérobique dacide lactique (oxydation incomplète des hydrates de 15000 à 20000 mmol/j. carbones) ; 5) une augmentation de la productionDans le premier bilan, la production dions H+(H3PO4 dH3PO4 et dH2SO4 lors du métabolisme cellulaire ; 6)et H2SO4) et lélimination correspondante des ions H+ une perte en HCO3-, comme dans les diarrhées oupar les reins (cf. p. 144 et suiv.) jouent les principaux vomissements ou encore par le rein (acidose tubulairerôles. Cependant, une alimentation végétale peut rénale, ou utilisation dinhibiteurs de lanhydraseentraîner un apport dHCO3- considérable carbonique; cf. P. 142).(métabolisme : OH-+ CO2 à HCO3-) (cf. p. 110). Pour Dans lacidose métabolique (A), il se produit avant toutque léquilibre soit rétabli, le HCO3- est éliminé dans un tamponnage des ions H+ excédentaires (une pertelurine (cest la raison pour laquelle lurine dun dHCO3- par les reins ou lintestin correspond aussi àvégétarien est alcaline). une augmentation des ions H +). Le HCO3- et lesLa somme des bases tampon (BT) dans le sang est bases tampon non bicarbonates (TNB-) participentégalement importante pour apprécier léquilibre acido- chacun dans un rapport 2/3 pour 1/3 à ce tamponnage,basique (cf. p. 110). Les écarts de la BT par rapport à le CO3- formé à partir du HCO3- quittant lorganismela normale [qui dépend de la concentration par les poumons (système ouvert, cf. p. 112). Ladhémoglobine (cf. p. 118)] expriment un excédent en deuxième étape consiste en une compensation debase ou excès de base (EB) : EB = BTréelle – BTnormale lacidose métabolique : labaissement du pH conduitLa diminution de la BT entraîne un EB négatif et (par lintermédiaire des chémorécepteurs, cf. p. 118) àlaugmentation de la BT un EB positif (cf. aussi p .118) une augmentation du débit respiratoire et celle-ci entraîne à son tour un abaissement de la Pco, alvéolaire et artérielle. Au cours de cettePerturbations de léquilibre acido-basique compensation respiratoire (A, en bas), nonSi le pH sanguin sélève au-dessus de la limite seulement le rapport [HCO3-] / [CO2] se rapproche àsupérieure de la normale (7,45), on parle dalcalose ; nouveau de la normale (20/1), mais le TNB-H estsi le pH tombe au-dessous de la limite inférieure de la retransformé en TNB- (en raison de laugmentation dunormale (7,35), on parle dacidose. De plus, suivant pH). Ce processus entraîne une consommation delorigine du trouble, on distingue dune part une HCO3- ce qui, pour compenser, rend nécessaire unacidose métabolique ou une alcalose métabolique rejet supplémentaire de CO2 par le poumon (À, enet dautre part une acidose respiratoire ou une bas). Si la cause de lacidose persiste, laalcalose respiratoire (troubles respiratoires, cf. p. 116 compensation respiratoire devient insuffisante. Uneet suiv.). augmentation de lélimination des ions H+ par les reins (cf. p. 144 et suiv.) devient alors nécessaire.Les troubles métaboliques sont souvent liés à undéséquilibre entre la production et lexcrétion des ionsH+. Les troubles de léquilibre acido-basique peuvent Alcalose métaboliqueêtre partiellement ou totalement compensés ou non Une alcalose métabolique (non respiratoire. pH élevé. HCO3-compensés. élevé) est provoquée notamment par : 1) lentrée de substances alcalines (par exemple HCO3-) ; 2) laugmentation du métabo- lisme danions organiques comme le lactate et le citrate sous forme de sels basiques ;
    • 116 Équilibre acido-basique cf. p. 110) reste donc égale, contrairement à ce qui se3) la perte dions H+ à la suite de vomissements passe dans lacidose métabolique (une faible diminu-ou par suite dexcrétion rénale accrue de H + ou tion des BT conduit donc à une diffusion partielle dude déficience de K+ (cf. p. 148). Le HCO3- mais pas de lhémoglobine, dans linterstitium).tamponnage de ce trouble évolue suivant le Malgré laugmentation de la [HCO3-], le rapport [HCO3-même schéma que lors de lacidose /CO2] est plus faible et le pH diminue (pH bas,métabolique (base tampon en excès), mais la acidose). Si lélévation de la Pco2 persiste, uncompensation respiratoire par hypoventilation processus de compensation se déclenche (A) : après 1 +est toutefois limitée en raison du manque ou 2 jours, les ions H sont éliminés par les reins (soussimultané dO2. Si lalcalose nest pas dorigine forme dacide titrable de NH4+ (cf. p144 et suiv.).rénale, elle peut être corrigée par une Chaque fois quun ion H+ est sécrété par la celluleaugmentation de lélimination urinaire dions tubulaire, un ion HCO3- est rejeté dans le sang (le seuilHCO3-. rénal pour lHCO3- augmente). De ce fait, la [HCO 3-] dans le sang augmente jusquà ce que le pH se soitLalcalose métabolique est courante en clinique. normalisé à nouveau malgré lélévation de la PCO2Lélévation du pH diminue le calcium libre et (compensation rénale). Une fraction du HCO3- estpeut conduire à la tétanie. Le système nerveux + utilisée pour capter les ions H qui, pendantdevient plus irritable, ce qui peut produire des laugmentation du pH, sont de nouveau libérés à partirconvulsions. LECG se modifie comme dans de la réaction TNB-H à TNB- + H+ (A, en haut).lhypokaliémie (cf. p. 172). Lalcalose est parti- Comme la réponse métabolique rénale à lacidoseculièrement dangereuse pour les patients sous demande 1 à 2 jours de délai, une acidose respiratoiredigitaliques. aiguë est faiblement compensée comparativement à une acidose respiratoire chronique. Dans ce dernier cas, HCO3- peut augmenter de 1 mmol pour chaquePerturbations respiratoires élévation de 10 mmHg de Pco 2 au dessus de laSi la quantité de CO2 rejeté est plus importante que normale.celle qui est produite au cours du métabolisme, la Pco 2 L’hyperventilation est la cause de lalcalosequi règne dans le plasma diminue [hypocapnie], ce qui respiratoire (pH élevé, Pco2 basse). Elle estconduit à une alcalose respiratoire (A). A linverse, si provoquée par un séjour en haute altitude ;la quantité de CO2 rejetée est trop faible, la Pco2 respiration par manque dO 2 (cf. p. 108), ou liée à desplasmatique augmente [hypercapnie], ce qui donnelieu à une acidose respiratoire (A). Alors que, lors troubles psychiques. De ce fait, la [HCO3-] baissedune acidose métabolique (cf. p. 114), le bicarbonate aussi quelque peu, car une fraction du HCO3- seet les bases tampon non bicarbonates (TNB-) transforme en CO2 (H+ + HCO3- à CO2 + H2O) et, +tamponnent parallèlement la diminution du pH, lors pour cette réaction, des ions H sont fournis endune acidose respiratoire (A) les deux systèmes permanence par les TNB (TNB-H àTNB- + H+). Pourtampon ont un comportement très différent. Le tampon la même raison, la [HCOj diminue aussi lors de laHCO3-/CO2 ne peut être très longtemps efficace car, compensation respiratoire dune acidose métaboliquedans les perturbations respiratoires, les modifications (cf. p. 115, A, en bas et p. 118). Pour que le pH sede Pco2 sont la cause et non le résultat de celles-ci, normalise (compensation), il faut quil y ait unecomme cest le cas dans les désordres métaboliques nouvelle diminution de la [HCO 3-]. Ceci est réalisé par(cf. p. 114). les reins qui éliminent davantage de HCO 3- (par une diminution de la sécrétion des ions H+ par les tubules)Les causes de lacidose respiratoire (pH bas, ; autrement dit, le seuil rénal pour lHCO3- est abaisséPco2 élevée) sont liées à une difficulté des (compensation rénale).poumons à éliminer le CO2 ; cest notamment lecas lors : 1) dune diminution du tissu Le CO2 peut passer du sang dans le liquidepulmonaire (tuberculose, pneumonie) ; 2) dune céphalorachidien beaucoup plus vite que les ionsstimulation ventilatoire insuffisante (par exemple HCO3- et les ions H+. De plus, étant donné que la concentration des protéines dans le LCR est faible etlors de polyomyélite ou dintoxication par les donc que les TNB disponibles sont limités, une acidosebarbyturiques) ; 3) enfin par anomalie de la ou une alcalose respiratoire aiguë déclenchera descage thoracique (scoliose). variations du pH relativement fortes dans le LCR. Ces variations constituent le stimulus adéquat pour lesLaugmentation de la Pco2 provoque une élévation de chémorécepteurs centraux (cf. p. 98 et 104).la concentration du CO2 dans le plasma([C02] = α . Pco2), ce qui entraîne à nouveau uneaugmentation de la formation de HCO3- et des ions H+(A). Les ions H+ sont captés par les bases TNB(TNB- + H+ à TNB-H), alors que la [HCO3-] dans leplasma augmente. La somme des bases tampon ( BT ;
    • 118 Équilibre acido-basiqueDétermination des rapports acide-base dans valeurs vraies de HCO2- .le sang A la partie supérieure du nomogramme, la courbe a deux échelles, lune pour lhémoglobine (Hb) lautreDans léquation dHenderson-HasselbaIch : pour les bases tampons totales (BT). Les BT sontpH = pKa + log [HCO3-]/[CO2], composées en majorité de HCO3-, de Hb et dautres protéines (cf. p. 110). Une ligne tracée à partir dune[CO2] peut être remplacé par α.Pco2 (cf. p. 98). valeur donnée de Hb jusquau point Pco2 a 40 mmHg ;Léquation comprend alors deux grandeurs pH 7.40 représente la courbe de titration normale enconstantes (pour le plasma, à 37°C) : le pKa de HCO3- en présence de tampon non bicarbonate.[CO2/HCO3-] = 6.1 dans les conditions Quand Hb est diminuée, comme dans lanémie, laphysiologiques et le coefficient de solubilité pente de cette droite diminue dune certaine valeur.α = 0,225 mmol•I-1 • kPa-1 = 0.03 mmol•I-1 • Détermination des droites pour Pco2/pH dans lemmHg-1. sang. Pour utiliser le nomogramme, on se sert de laPar ailleurs, léquation comporte trois variables méthode déquilibration (méthode dAstrup). On(pH, [HCO3-] et Pco2). Si lune dentre elles est prélève un échantillon sanguin sur lequel on mesure lemaintenue constante ([HCO3-] par exemple), il pH a trois reprises: dans un premier temps suren résulte que les deux autres (PCO2 et pH) léchantillon inchangé, puis après équilibration à deux Pco, différentes; les valeurs correspondantes de pHdoivent dépendre lune de lautre : si on sont alors couplées. Exemple: Fig. C, point A : pH pourreprésente graphiquement le logarithme de la une Pco, élevée de 10kPa (= 75 mmHg) et point B:Pco2 en fonction du pH (A-C), on obtient une pH pour une Pco, basse de 2.67 kPa ( = 20 mmHg). Adroite. partir de la droite A-B, on peut lire, sur laxe des y, la Pco2 initiale correspondant au pH de la premièreDans une solution contenant 24 mmol/l dHCO3- (mais mesure (C, ligne verte pour des valeurs normales desans aucun tampon), la [HCO3-] reste constante alors léquilibre acido-basique).que la Pco2 varie en fonction du pH (le long de la lignebleue sur les nomo-grammes A et B). Pour des valeurs Sur la Fig. C. les majuscules vertes correspondent auxplus basses (par exemple 13 mmol/l) ou plus élevées valeurs normales tandis que les minuscules rouges(par exemple 40 mmol/l), on peut aussi tracer des représentent les valeurs respectives obtenues lors dundroites de la [HCO,] (A et B, lignes oranges) qui sont trouble de léquilibre acido-basique : a et b sont lesparallèles Tes unes aux autres. valeurs à léquilibre. La valeur de 7,2 pour le pH initial indique une acidose. La concentration standard enLe sang contient non seulement des ions HCO3- mais HCO3- de 13 mmol/l correspondant à cette courbe (d)également des tampons non bicarbonates (TNB). est faible. La Pco, du sang de départ est égalementCeux-ci influencent la courbe de titration ; donc si la basse et correspond à une compensation respiratoirePco, sanguine est modifiée, les variations de pH seront partielle consécutive | à une hyperventilation. La droitecomparativement moindres que si HCO3- était le seul de pente 45° reliant les points c à e montre que latampon. La pente des droites par rapport à laxe des concentration effective en HCOg du sang de départ estabscisses est alors supérieure à 45° (B, lignes verte et plus faible (11 mmol/l) que la concentration standardrouge). Cela signifie quun changement de la Pco2, par en HCO;. La différence reflète la diminution de Pco2 .exemple de 40 (B, d) à 20 mmHg (B, c) saccompagne La valeur de base tampon totale (BT) peut être lue surdune variation dans le même sens de la concentration la courbe supérieure en g (valeur normale des BT = 48en HCO3- (B, le point c se situe alors sur la ligne meq/l pour Hb = 150 g/l). Lexcès de base (BE) estpointillée, dont la [HCO3-] est plus basse que celle de indiqué sur le nomogramme à lendroit où la courbe dela courbe jaune). La « concentration de bicarbonate titration croise la courbe inférieure (F ou f). Le BE eststandard»,qui est toujours mesurée après équilibration la quantité dacide ou de base nécessaire pour titrer 1à une Pco2 de 5.33 kPa ou 40 mmHg, ne change litre de sang à une Pco2 normale de 5,33 kPa (= 40cependant pas. Cela permet lévaluation de [HCO3-] mmHg). Le BE est (+) dans lalcalose métabolique etindépendamment des changements de Pco 2 (-) dans lacidose métabolique. Dans les troubles respiratoires de léquilibre acido-basique, les BT sontLe nomogramme de Siggaard-Andersen virtuellement inchangées (cf. p. 116) et BE ≈ 0.(C) est utilisé pour lévaluation clinique de léquilibre La droite Pco2/pH dun échantillon sanguin peut aussiacide-base. Le log de la Pco2, sur laxe des y, est être représentée lorsque premièrement la PCO2 (sanscouplé à la valeur du pH, sur laxe des x. Une ligne équilibration), deuxièmement le pH et troisièmement lahorizontale servant déchelle de référence est tracée à concentration dhémoglobine dans le sang sontpartir de la valeur de Pco2 normale (5,33 kPa = 40 connus. Connaissant la Pco2 et le pH, on peut marquermmHg) sur laxe des y. Sur cette ligne se trouvent les le point de la droite recherchée (cf. par exemple C,valeurs de HCO3- qui représentent la famille des point c). La droite doit dès lors passer par ce point, decourbes de titration de HCO3- de la figure A. A chaque façon à ce que BT (point g) – BTnormale (dépend dupoint de cette ligne, différentes droites de pente 45° pH) soit égale à BE (point f).peuvent être retracées, sur lesquelles se trouvent les
    • 120 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueStructure et fonctions du rein la capsule de Bowman est formé de cellules (les podocytes) disposées en une succession deUne des fonctions essentielles du rein est de digitations séparées par des interstices encontrôler lélimination du sel et de leau et forme de « fente » recouvertes par une mem-donc de limiter les variations du volume et de brane dotée de pores de 5 nm de diamètre ;losmolalité (cf. p. 335) du milieu côté sang, la membrane basale et I’endothéliumextracellulaire (cf. p. 138). Le rein maintient la capillaire constituent les deux autres couchesconcentration du K+ extracellulaire et le pH de la membrane filtrante.sanguin constant par une régulation de b) Le tube proximal, qui constitue la partie lalélimination des ions H+ et HCO3-, en fonction plus longue du néphron, est contourné dans sade leur absorption dans lorganisme et des partie initiale (doù son nom : tube contournéprocessus respiratoires et métaboliques (cf. p. proximal ; A3) et se transforme ensuite en une110 et suiv.). section droite (pars recta;A4). Ses cellulesLe rein a en plus pour fonction dexcréter les possèdent, au pôle luminal, une bordure enproduits terminaux du métabolisme (urée, brosse assez dense et, au pôle basai, laacide un que) mais aussi, en même temps, de membrane basale présente de profondesconserver des composants essentiels (glucose, invaginations (région bassie) qui sont en contactacides aminés). Il joue en outre un rôle dans le étroit avec les mitochondnes de la cellule (A etmétabolisme (dégradation des protéines et des p. 5, C).peptides, néoglu-cogenèse) et dans la synthèse c) Prolongeant la partie terminale du tubede certaines hormones (rénine, proximal, lanse de Henle (faisant partie de laérythropoïétine, vitamine D, prostaglandine). médullaire) comporte une branche grêleLe néphron représente I’unité fonctionnelle du descendante (A5), une branche grêle ascen-rein. Chez lhomme, chaque rein contient dante et un segment large ascendant (A6). Ce1200000 néphrons. Le sang est filtré au départ dernier se prolonge par un amas de cellulesdu néphron dans le glomérule : les protéines et spécialisées (la macula densa; cf. p. 152) quiles cellules sont retenues, alors que leau est jouxtent les capillaires glomérulaires du néphronéliminée, avec toutes les autres substances, concerné.dans le tubule (tubule urini-fère). La majeure Seulement 20 % des anses des néphrons ditspartie de ce filtrat retourne ensuite dans le sang, juxtamédullaires parviennent jusque dans laà travers la paroi tubulaire (réabsorption). Le médullaire, le reste étant plus court (A et p.reste est éliminé avec lurine (excrétion). 122).Quelques solvants urinaires pénètrent dans la d) Le tube contourné distal (A7) est plus courtlumière du néphron, en provenance des cellules que le tube proximal. Les cellules du tubuletubulaires, par un phénomène de sécrétion. distal ne sont pas homogènes et ne possèdent pas de bordure en brosse et ont moins de mitochondries que celles du tube proximal (A). IlLes parties du néphron commence au niveau de la macula densa eta) Les corpuscules de Malpighi, situés dans la débouche dans les tubes collecteurs (A8).partie corticale (A1 et A2), sont constitués de la Dun point de vue anatomique et fonctionnel, lescapsule de Bowman et du glomérule (B), lui- tubes collecteurs sont répartis en une zonemême logé dans la capsule. Cet ensemble corticale (cortex) et une zone médullaireforme le feuillet épithélial viscéral et le feuillet (médulla) au niveau desquelles ont lieu lesépithélial pariétal de la capsule. Entre les deux, dernières modifications de lurine définitive ;se trouve lespace capsulaire dans lequel se celle-ci est alors conduite jusquaux papillesproduit la filtration de lurine primitive (B). Une rénales et au pelvis pour y être excrétée.artériole afférente (vas afferens) transporte lesang jusquau glomérule. Là, elle se divise encapillaires qui fusionnent à nouveau pour formerune artériole efférente (vas efferens), celle-cidonnant naissance à un réseau capillairepéritubulaire (cf. p. 122).Le filtre glomérulaire est constitué de plusieurscouches (B) : côté urine, lépithélium viscéral de
    • 122 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueCirculation rénale (FSR) le fait que le flux plasmatique rénal (FPR. cf. ci- dessous) et le TFG (cf. p. 124) ne varient guère (yLe sang passe par I’artère rénale (A. renalis), compris sur un rein dénervé) lorsque la pressionpuis par les artères interlobaires (A. interlo- sanguine dans la circulation générale oscille entre 10,6bares) et enfin par les artères arquées (A. kPa environ (80 mmHg) et 26.6 kPa (200 mmHg) (C).arcuatae) (A1a et A2a) qui circulent dans la Par un mécanisme encore en partie inexpliqué, lazone entre cortex et médullaire. Le flux résistance artériolaire des néphrons corticaux sadaptesanguin se répartit inégalement entre ces deux automatiquement à la pression sanguine régnante,parties : sur lensemble du débit sanguin rénal Néanmoins, si celle-ci tombe en dessous de 10,6 kPa (80 mmHg), il ny a plus de contre-régulation possible :qui est de 1.2 l/min environ (1/4 - 1/5 du débit le flux sanguin chute rapidement et la filtration cessecardiaque; cf. p. 154), la médullaire ne «prend» (C).normalement que 8 % seulement bien que sonpoids représente 20 à 25 % du poids total du Le flux sanguin rénal (FSR) peut être déterminé selon le principe de Fick en mesurant /e fluxrein. plasmatique rénal (FPR). La quantité dune substanceContrairement à la plupart des autres organes, le rein éliminée du plasma au niveau dun organe est égale àpossède deux réseaux capillaires disposés en série la quantité de cette substance entrant dans cet organe(A2 et B). Le premier réseau à pression élevée se situe par le plasma artériel (FPR • concentration artérielle)entre lartériole afférente (A 2c) et lartériole efférente diminuée de la quantité sortant de cet organe par le(A2d) du glomérule (cf. p. 120). Les modifications de plasma veineux (FPR • concentration veineuse). Enrésistance de ces vaisseaux influencent non seulement dautres termes, FPR = quantité de substancele flux sanguin cortical rénal mais également la éliminée/ (C artérielle - C veineuse). Ce principe estpression de filtration glomérulaire. Le sang de applicable à tous les organes pourvu quune substancelartériole efférente est dirigé vers le second réseau indicatrice adéquate soit utilisée. La concentrationcapillaire. Celui-ci enveloppe les tubules (vaisseaux plasmatique de la substance indicatrice arrivant etpéritubulaires). Il sert à la vascularisation des cellules quittant lorgane doit être déterminée. Pour le rein, latubulaires et aussi aux échanges des substances avec concentration de la substance indicatrice, lacide para-la lumière tubulaire (réabsorption, sécrétion ; cf. p. amino-hippurique (PAH) quittant le rein par voie veineuse est très faible (pour des concentrations126 et suiv.). rénales faibles, la concentration veineuse de PAH estLe rein possède deux types de néphrons qui environ 10 fois plus faible que la concentrationdiffèrent, notamment par la disposition du artérielle), et donc seule la concentration artérielle estréseau capillaire péritubulaire (A2). mesurée. Etant donné que : quantité/unité de temps = volume/unité de temps • concentration, on obtient1. Les néphrons corticaux ont des anses de léquation :Henle courtes et un réseau capillaire semblable (FPR • PaPAH) - (FPR • PrPAH) = Vu • UPAHà celui de la plupart des tissus de lorganisme. ou FPR = Vu .UPAH /(PaPAH- PrPAH)2. En revanche les néphrons juxtamé-dullaires (à la limite corticomédullaire) avec PaPAH = concentration artérielle du PAH ; PrPAH = concentration du PAH dans la veine rénale ;possèdent des artérioles efférentes qui se UPAH = concentration urinaire du PAH ;divisent pour donner des vaisseaux très longs Vu = volume urinaire par minute (= débit urinaire).(40 mm !), les vasa recta, lesquels parcourent FSR peut être calculé à partir de lhématocrite (Ht) (cf.la médullaire. Ils accompagnent en partie les p. 60) et du flux plasmatique rénal selon la formulelongues anses de Henle des néphrons FSR = FPR/(1 - Ht). PrPAH ne sélevant quà environjuxtamédullaires jusquà la pointe de la papille 1/10 de PaPAH, on utilise souvent simplement la formule(cf. p. 121). Les vasa recta vascularisent seuls FPR = Vu • UPAH/PaPAH , donc = clairance du PAH (cf.la médullaire. Leur allure en forme dépingle à p. 124).cheveux est importante pour la concentration La consommation rénale en oxygène est dedes urines (cf. p. 136). 18 ml/min. En raison de la vascularisation élevée desToute modification dans la distribution du flux sanguin reins qui ne pèsent que 300 g environ (0,5 % du poidsentre les capillaires des deux types de néphrons a une corporel), la différence artérioveineuse rénale eninfluence sur lélimination du NaCI en particulier. oxygène reste faible ( 14 ml/l de sang). Loxygène est surtout utilisé pour le métabolisme oxydatif du cortexUne augmentation du flux sanguin médullaire entraîne rénal. Celui-ci a besoin dune énergie considérableune diminution de losmolalité de la médullaire rénale pour le transport actif. Dans la médullaire, le(effet de lavage) et donc du pouvoir de concentration métabolisme est principalement anaérobie (cf. p. 46 etdes urines (cf. p. 136 et diurèse osmotique. p. 142). p. 246).Autorégulation du débit sanguin rénal.On désigne par autorégulation du flux sanguin rénal
    • 124 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueFiltration glomérulaire -Clairance Le TFG est le produit résultant de la pression deLe volume du filtrat de lensemble des filtration efficace dans le glomérule (Peff), de la surfaceglomérules par unité de temps est appelé taux de filtration glomérulaire (qui, bien entendu, dépendde filtration glomérulaire (TFG en ml/min). aussi du nombre de glomérules fonctionnels) et de la conductivité hydraulique du filtre glomérulaire (cf. p.Pour mesurer le TFG on utilise une substance 120) qui est la valeur de sa perméabilité à leau.contenue dans le sang et ayant les propriétés Peff correspond à la pression sanguine dans lessuivantes : 1) elle doit être filtrée sous forme capillaires (env. 6,0 kPa = 45 mmHg) moins la pressionlibre ; 2) la quantité de substance filtrée ne doit oncotique (cf. p. 158) dans le plasma (2,7 à 4,0 kPa =être ni réabsorbée, ni sécrétée par les cellules 20 à 30 mmHg ; cf. ci-après) et moins la pression danstubulaires et doit donc rester constante ; 3) elle la capsule de Bowman (env. 2 kPa = 15 mmHg). Peff etdoit être ni détruite, ni produite par le rein ; 4) donc TFG peuvent varier sil y a une modification de laelle ne doit avoir aucun effet sur les fonctions du résistance des artérioles glomérulaires (cf. p. 122).rein. Ces exigences sont remplies, par exemple, Il est à noter quenviron 20% seulement du plasmapar linuline. Dans certaines limites (voir ci- traversant le rein sont filtrés (fraction de filtration =dessus), on peut aussi utiliser une substance TFG/FPR). La filtration peut être limitée lorsque laendogène : la créatinine (normalement pression oncotique dans les capillaires glomérulairesprésente dans le sang). passe de 2,7 à 4,0 kPa du fait de la filtration de leau, Peff tombant ainsi à zéro (équilibre de filtration),La quantité de substance filtrée par unité de Parallèlement à lautorégulation du FSR (cf. p. 122), letemps se calcule (A) à partir de la concentration TFG est constant pour des pressions systématiques deplasmatique de la substance : Pin (g/l) multipliée lordre de 11 kPa. Ainsi, la pression de filtration estpar le TFG (ml/min). Selon les exigences 2 et 3 maintenue constante dans cette plage de valeur par(cf. plus haut), cette quantité filtrée par unité de modifications des résistances préartériolaire ettemps ne varie pas durant le passage dans le artériolaire. Les facteurs déclenchant cettenéphron : par conséquent, la quantité appa- autorégulation sont : a) la pression artérielle du sang (réponse myogénique) et b) un signal déclenchant unraissant dans les urines pendant le même inter- mécanisme de feed back (connu, en partie seulement),valle de temps est la même. On lobtient en transmis par I’appareil juxta-gloméruiaire (cf. p. 152).multipliant le volume urinaire par minute Vu Si la pression moyenne systémique tombe en dessous(ml/min) par la concentration urinaire de la sub- de 8 kPa (= 60 mmHg), la filtration cesse.stance Uin (g/l) soit : Lexpression U • Vu /P définit la clairance. La clairancePin • TFG = Uin • Vu . Doù : des substances citées plus haut, par exemple linulineTFG = Uin • Vu (ml/min) (A). (Cin), est égale à TFG (voir plus haut). La clairance Pin dune substance X quelconque (Cx) peut être comparée à Cin. Ce rapport C x/Cin est équivalent àLe TFG est alors égal à la clairance (voir ci-dessus) lélimination fractionnelle et indique quelde linuline ou de la créatinine. Bien que la pourcentage de la quantité filtrée a été éliminé.concentration plasmatique de la créatinine (Pcr) Lorsquune substance est excrétée des cellulesaugmente avec une chute du TFG, la P cr est seulement tubulaires par réabsorption, le rapport C x/Cin estun indicateur approximatif de la valeur du TFG. inférieur à 1 (B1, par ex. Na+, Cl-, glucose, acides aminés ; cf. p. 126 et suiv.). Dautres substances sontLe TFG varie avec la surface corporelle. Afin davoir épurées du sang par les cellules tubulaires et ajoutéesdes valeurs cliniquement comparables, le TFG est à lurine par sécrétion transépithéliale (B2). Avecgénéralement rapporté à une surface corporelle de lacide PAH (cf. 122), cette sécrétion est si forte que 21,73 m . Celle-ci se calcule à partir de la taille et du 90% de cet acide sont épurés du sang (tauxpoids corporel. dépuration) après un seul passage rénal. LaLe TFG est normalement de lordre de 120 ml/min/1,73 clairance du PAH représente donc approximati-vementm2 de surface corporelle, cest-à-dire 180 l/jour. Étant le flux plasmatique rénal (FPR) et est environ 5 foisdonné quun homme de 70 kg dispose denviron 15 supérieure à la Cin ou au TFG. Dautres substanceslitres de liquide extracellulaire échangeable (LEC) (cf. encore sont ajoutées par synthèse cellulaire et sontp. 138), les LEC passent dans lestubules rénaux à peu sécrétées à travers la membrane cellulaire luminaleprès 12 fois par jour et même près de 60 fois par jour (par exemple NH3/NH4+). Dans tous ces cas, lapour ce qui concerne le volume plasmatique (3,2 I). quantité apparaissant dans lurine est supérieure à laSur les 180 litres ainsi filtrés chaque jour, plus de 99 % quantité filtrée, et le rapport Cx/Cin est supérieur à 1.quittent les cellules tubulaires et retournent dans La quantité dune substance réabsorbée ou sécrétéelespace extracellulaire par un processus de par unité de temps est égale à la différence entre laréabsorption (cf. p. 136) (réabsorption fractionnelle de quantité de substance filtrée par unité de temps (Px •leau) et 1,5 litre durine seulement sont éliminés par TFG) et la quantité de substance éliminée pendant lejour. même intervalle de temps (Ux • Vu).
    • 126 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueMécanismes de transport dans le néphron 1Les substances dissoutes dans le plasma Les transports actifs et passifs (cf. p. 8 et 11 et suiv.)parviennent dans lurine, soit par filtration au sont souvent étroitement liés: lH2O par exemple estniveau du glomérule, soit par sécrétion à travers réabsorbé passivement lorsquun gradient osmotiquela paroi tubulaire. Ces substances peuvent à apparaît (cf. p. 335) à la suite de la réabsorption activenouveau quitter le tubule par réabsorption (A) dune substance dissoute (Na+ ou HCO3-). La réabsorption de leau conduit, dune part, au « solvent1. Filtration : Environ 1/5e du plasma est filtré par le drag » (entraînement par le solvant) (cf. p. 10 et p.glomérule (fraction de filtration = TFG/FPR. cf. p. 124). 132) et, dautre part, à une concentration tubulaireAinsi, le filtre glomérulaire (cf. p. 120) laisse passer dautres substances dissoutes (dont lurée) qui sonttoutes les substances dissoutes dans le plasma qui ont ensuite réabsorbées passivement dans le sang, le longun rayon moléculaire r< 1,8 nm (poids moléculaire ≈ dun gradient de concentration. Pour les ions, il faut15000 Dalton). Les substances ayant un rayon r > 4,4 aussi tenir compte de leurs charges électriques :nm (poids moléculaire ≈ 80000 Dalton) ne sont + lorsque lion Na est réabsorbé, il faut quun anion soitnormalement pas filtrables (par exemple la globuline). excrété (par exemple dans le tube proximal Cl-; cf. p.Les molécules dont le rayon est compris entre 1,8 et 132) ou quun cation soit éliminé (par exemple dans le tube distal. K+ ; cf. p. 148 et suiv.). Le glucose, les4,4 nm ne sont que partiellement filtrables, le filtre acides aminés, le phosphate, etc. sont transportésglomérulaire laissant moins bien passer les particuleschargées négativement (comme I’albumine, r = 3,5 de façon active: dans de nombreux cas, lénergie libérée est étroitement liée au transport de Na+ (co-nm) que les substances neutres. Ceci est transport), ce type de transport actif secondaire estprobablement dû aux charges négatives de la paroi du décrit pages 11 et 128.filtre glomérulaire (cf. p. 120) qui repoussent lesanions. Le PAH est transporté à travers la membrane basale dans les cellules par un processus deLorsque des petites molécules sont liées partiellementà des protéines plasmatiques (liaison protéique ; cf. transport actif « tertiaire ». Au début, lesp. 10), la fraction liée aux protéines ne peut dicarboxylates (par ex. le glutarate) pénètrentvirtuellement pas être filtrée (B : T). dans la cellule par un transport actif secondaire (cf. p. 129. B, c), après quoi, échangés avec lePour les substances restées accrochées au filtreglomérulaire, lépuration se fait probablement par PAH (antiport, cf. p. 11) ils quittent la cellule etphagocytose (cf. p. 66) grâce aux cellules mésangiales regagnent le flux sanguin.du glomérule. Nombre de substances sont réabsorbées par2. Réabsorption (A. w. x. y) : Après filtration, leau et diffusion passive (par ex. lurée). La perméabi-plusieurs substances sont soumises à réabsorption lité de ces substances dépend, notamment, de 2+tubulaire. Ce sont les électrolytes (Na+, Cl-, K+. Ca . leur liposolubilité. Les électrolytes faibles nonHCO3-, phosphate, etc.), les acides aminés, lacideurique, les lactates, lurée, les peptides, la vitamine C ionisés ont une meilleure liposolubilité et peu-ou acide ascorbique, le glucose et bien dautres encore vent donc passer à travers la membrane plus(C et p. 128 et suiv.). facilement que les substances ionisées (diffu- sion non-ionique; A:«Y- ó Y°»). Le pH de3. Sécrétion transcellulaire active (A. z) : Les lurine a donc une influence sur la réabsorptionmétabolites de lorganisme comme lacide urique, leglucuronide, lhippurate, les sulfates ainsi que les passive. La grosseur des molécules joue aussisubstances exogènes (pénicilline, diurétiques et aussi un rôle lors de la diffusion : plus la molécule estacide PAH ; cf. p. 124) sont excrétés de cette manière petite, mieux elle diffuse (cf. p. 8 et suiv.).(C). Les voies de diffusion à travers lépithélium4. Sécrétion cellulaire : Plusieurs substances (comme tubulaire incluent les mécanismes +les ions ammonium = NH 4+, les ions H et lhippurate) transcellulaire et paracellulaire. Les « tightne sont formées que dans la cellule tubulaire et junctions » (= jonctions serrées) du tubuleparviennent ensuite dans le tubule par un mécanisme proximal (cf. p. 8) sont relativement perméablesde sécrétion cellulaire. Alors que le NH3 diffuse et permettent le transport par diffusionpassivement dans la lumière tubulaire (A : v). les ions paracellulaire des petites molécules et des ions. +H sont sécrétés de façon active (A : u et cf. p. 144 etsuiv.).
    • 128 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueMécanismes de transport dans le néphron II lurine primitive (par ex. dans le cas dun diabèteLorsque lon multiplie le TFG (cf. p. 124), cest- sucré), le système de réabsorption est saturéà-dire 180l/jour, par la concentration (Jact se rapproche de Jmax) et la courbe deplasmatique de la substance filtrée, on obtient concentration du glucose (A) saplatit : cela seune quantité filtrée par unité de temps traduit par lapparition de glucose dans lurine(«load» = charge) ; par exemple pour le définitive {glycosurie}.glucose, elle est de 160 g/jour et, pour len- La réabsorption des acides aminés est trèssemble des acides aminés, de 70 g/jour envi- voisine de celle du glucose (A et B). Il existeron. Malgré la faible perméabilité du filtre environ 7 systèmes de transport différentsglomérulaire à lalbumine (environ 0,01-0,05 %), (généralement co-transport du Na+), de sorteon estime cependant que 1 à 3 g/jour (180 l/j • que Jmax et Km peuvent varier en fonction de la42 g/l • 0.0001 à 0.0005) parviennent dans nature des acides aminés et du transporteurlurine primitive. Les systèmes de réabsorption («carrier»). La L-valine par exemple est trèsdans le néphron limitent ainsi lexcrétion de ces rapidement réabsorbée (A, b), la L-glutamine àsubstances indispensables à lorganisme. peu près comme le glucose (A, a) et la L-histi- dine relativement lentement (A, c). En consé-Le glucose est absorbé dans la cellule tubulaire quence, on peut considérer pour ces acidescontre un gradient de concentration (cest-à-dire aminés que respectivement 99,9%, 99,2% etde façon active). Pour cela, il utilise un système seulement 94,3 % de la quantité filtrée retour-de transport dans la membrane à bordure en nent dans le sang.brosse («carrier», B, a) ; simultanément le Na+passe aussi dans la cellule («selon un Une augmentation de lexcrétion des acides aminés (hyperamino-acidurie) apparaît en aval du reingradient») (co-transport secondaire actif avec lorsque la concentration plasmatique sélèveNa+). Le gradient du Na+ est à son tour (saturation de la réabsorption, cf. plus haut) ou aumaintenu contre la membrane basolatérale par niveau du rein en raison dun transport défaillant quila « pompe » à Na+ active (Na+-K+-ATPase) (B). peut être spécifique (par ex. cystéinurie) ou nonLe glucose quitte à nouveau la cellule par un spécifique (par ex. syndrome de Fanconi). Les acidesmécanisme de diffusion facilitée (B, b et p. 11). aminés sont également absorbés, du côté sang, dans les cellules tubulaires (B et C), ce qui permet bien sûrLe glucose est normalement réabsorbé à plus une alimentation cellulaire, en particulier dans lesde 99 %. La courbe de la concentration du parties distales du néphron.glucose dans le tube proximal (A, a) montre que Le phosphate (cf. p. 144). le lactate et lela réabsorption seffectue très rapidement au citrate, parmi dautres substances, sont égalementdébut du tube proximal, alors que la soumis à une réabsorption secondaire active dans leconcentration du glucose devient très faible, tube contourné proximal (co-transport du Na+). Unquoique constante, vers la fin du tube (C ∞ ). A cotransport Na+-CI--K+ sopère dans le néphron distalce stade, la réabsorption active augmente à (cf. p. 132). Lacide urique et loxalate sontlextérieur de la lumière tubulaire et la « fuite » simultanément réabsorbés et sécrétés. Dans le cas de lacide urique, la réabsorption domine (seulement 10%passive devient plus forte vers lintérieur de la dexcrétion) et, pour loxalate, cest la sécrétionlumière tubulaire. Plus loin, en aval, le glucose (excrétion > quantité filtrée).peut encore être réabsorbé, car la concentration Les oligopeptides (par ex. le glutathion, lan-luminale est à nouveau supérieure à C∞ en giotensine) sont si rapidement scindés par lesraison de la réabsorption de leau. peptidases luminales actives de la bordure en brosseLa fuite mentionnée ci-dessus est le résultat (γ-glutamyltransférase, aminopeptidase M, etc.) quilsdune diffusion passive du glucose essentielle- peuvent être entièrement réabsorbés sous forme dacides aminés. Il en est de même pour le maltose quiment au niveau des espaces intercellulaires est dégradé en glucose et réabsorbé sous cette formemais également à travers les cellules dans la (C).lumière. La réabsorption active Jact du glucoseest saturable lorsque la concentration du Les protéines (albumine, lysozyme, β-micro-glucose (C) augmente ; elle est fonction, selon globuline, etc.) sont réabsorbées par endo-Michaelis et Menten, du taux de transport cytose et soumises à une « digestion »maximal (Jmax) et de la constante de demi- intracellulaire lysosomale (D). Cettesaturation (Km) (cf. aussi p. 11 et 333) : réabsorption est normalement déjà saturée, de sorte quune augmentation de la perméabilitéJact = Jmax • C/(Km + C). glomérulaire aux protéines provoque uneLorsque C dépasse 10 mmol/l dans le plasma et protéinurie.
    • 130 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueSélection des substances, « détoxication » Le poumon (A6) peut aussi servir dorganeet excrétion dans lorganisme excréteur. Il agit comme un filtre pour le sangLorsque lhomme salimente (A1), il absorbe qui, venant du tube digestif, est passé dans lenon seulement des substances que lorganisme foie. Le poumon peut en particulier capter lespeut utiliser pour sa croissance et son équilibre substances liposolubles (comme la sérotonine,énergétique, mais aussi des substances la méthadone) avant de les inactiver et de lesphysiologiquement inutiles ou même toxiques, excréter en partie au niveau de la muqueuseces dernières étant inhalées, le cas échéant, bronchique. Le cerveau, particulièrement sensi-avec Iair respiré. Lorganisme est à même de ble à ces substances, est ainsi protégé.discerner les substances utilisables des autres Une fraction des substances absorbées dansau moment où elles sont absorbées, lors du lintestin arrive telle quelle dans la circulationmétabolisme et lorsquelles sont excrétées. Ce générale où elle devient disponible pour lesprocessus débute lors de lingestion cellules des autres organes ; il se produit. làalimentaire : aussi, une nouvelle sélection. Les cellulesL’odeur et le goût (cf. p. 296) de nombreuses nerveuses ou musculaires par exemple ab-substances toxiques empêchent leur absorption sorbent, par des mécanismes de transportou provoquent des vomissements (cf. p.204). spécifiques, les substances qui sont néces-Les substances utiles sont ensuite scindées et saires à leur propre métabolisme.absorbées dans le tube digestif (A2) du fait de Enfin, le rein exerce un contrôle efficace sur lala spécificité des enzymes digestives et des composition du sang, car son débit représentemécanismes de réabsorption (cf. p. 218 et une part importante du débit cardiaque (cf. p.suiv.), tandis que les substances 154).physiologiquement inutiles ne sont guèreabsorbées par lépithélium intestinal et sont Les tubules rénaux se comportent de façonéliminées dans les fèces. tout à fait analogue : les substances inutilisables et toxiques se trouvant dans le sang ne sontLes substances absorbées dans lintestin guère réabsorbées après la filtrationparviennent jusquau foie qui, dès le premier glomérulaire et sont donc excrétées danspassage dans la circulation portale, peut déjà lurine. Il en est ainsi par exemple des produitscapter jusquà 95 % dune substance donnée. résultant du métabolisme des substancesLes groupes de substances citées plus haut azotées (cf. p. 146). Les acides organiques ousont à nouveau différenciés dans la cellule les bases inutiles ou néfastes pour lorganismehépatique : les produits utiles sont stockés dans sont sécrétés dans le tubule par un processusla cellule ou sont métabolisés. de transport actif (A7 et cf. p. 126). Par contre,Le foie est en outre en mesure de rendre des substances essentielles pour lorganismeinoffensives des substances inutiles ou toxiques (comme le glucose, les acides aminés, etc.)(« détoxication ») : sont réabsorbées par des systèmes de transport propres au rein et à lintestin et sontLe foie dispose pour cela de plusieurs méca- donc protégées contre toute excrétion.nismes : après action enzymatique par additiondun groupe OH ou COOH (A3), ces produits se Le plexus choroïde des ventricules cérébrauxcombinent avec l’acide glycuronique, un sulfate, et le tractus uvéal de lœil peuvent transporterun acétate ou des acides aminés (A4 et cf. p. ces mêmes anions organiques hors du tissu et214) ; les substances ainsi formées peuvent vers le sang, à la manière dont le foie et le reinêtre sécrétées de façon active dans la bile et le font pour ces ions hors du sang et dans laparviennent ainsi jusquà lintestin où elles sont bile ou lurine respectivement.pour la plupart éliminées dans les fèces (A5).Pour les substances devant être excrétées, unsecond mécanisme utilise le glutathion commeaccepteur : des enzymes spécifiques combinentdes substances aussi toxiques ou cancérigènesque le chloroforme, liodure de méthyle, lesépoxydes, le naphtalène, le phénanthrène, etc.au glutathion, et ces composés sont ensuiteexcrétés par le rein sous forme d’acidesmercapturiques.
    • 132 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueLe rôle du rein dans léquilibre du les acides aminés, etc. (cf.p. 128) sont réab-sodium sorbés à partir de lurine primitive. Une fractionLe sel (NaCI) est absorbé, suivant le goût de importante du Na+ est a priori réabsorbéechacun, à raison de 8 à 15 g/jour. Les 180 litres passivement dans le tube proximal, essentielle- ment à travers les interstices entre les cellulesqui sont filtrés quotidiennement dans les reins tubulaires (paracellulaires), contrairement aucontiennent environ 1,5 kg de NaCI (load =charge, cf. p. 128). Normalement, plus de 99% transport actif. Deux mécanismes sont àde cette quantité sont réabsorbés et moins de lorigine de ce flux transépithélial passif des ions1% est excrété. Le rein régule la quantité exacte Na+ et Cl- :de Na+ excrétée en fonction de labsorption de a) les ions Na+ et Cl- diffusent le long de leur gradient électrochimique de la lumière verssodium, de telle sorte que la concentration deNa+ et donc le volume extracellulaire (cf. p. linterstitium ;138) restent constants dans lorganisme. Le b) au transport actif du Na+ et du HCO3-transport tubulaire du Na+ nécessite une succède un transport paracellulaire de leau.certaine consommation dénergie tandis que le Celle-ci entraîne avec elle les ions Na+ et Cl- (etCl- est réabsorbé par un transport passif ou un aussi lurée) : phénomène dit de «lentraînementtransport actif secondaire. Le NaCI ainsi que par le solvant » (« solvent drag ») (cf. p. 10).leau qui le suit passivement sont réabsorbés au De plus, 15 à 20% du NaCI filtré sontniveau du tube contourné proximal sur toute réabsorbés activement dans le segment largesa longueur. Le liquide réabsorbé, tout comme ascendant de lanse de Henle.le liquide restant dans le tubule, est enpermanence isotonique au plasma. A lextrémité Le transport actif primaire du Na+ est assuré àdu tube proximal, 60 à 70% de la quantité deau nouveau par la Na+-K+-ATPase basolatérale,et de Na+ filtrée sont à nouveau réabsorbés tandis quil existe un « carrier » luminal commundans le sang (B). Du fait de la réabsorption au Na+, au K+ et à 2 Cl- (cotransport actifsimultanée du HCO3-, la réabsorption du Cl- est secondaire; cf. p. 149, B2). Ce transport peutlégèrement postérieure. Les ions H+ sont être inhibé par des substances appelées diuré-sécrétés dans la portion initiale du tubule tiques comme par exemple le furosémide (cf. p.proximal en échange dions Na+. Ainsi, les ions 142). Cet épithélium nest que très peu perméa-HCO3- sont réabsorbés rapidement (environ 85 ble à leau. La perméabilité passive aux ionsa 90% sont absorbés pendant le temps de Na+ et Cl- est également faible, de sorte quepassage du filtrat jusquà la fin du tubule ces ions ne peuvent plus rétrodiffuser dans laproximal). La réabsorption du CI- est plus lumière tubulaire. La pompe à sodium peut donctardive, mais le gradient électrochimique produire dans la lumière une urine hypotoniquesinverse rapidement établissant un passage et, dans linterstitium, un milieu hypertonique (Bpour la réabsorption du Cl- (moins de 60 % de et p. 134 et suiv.).la quantité totale filtrée en amont sont Les 10 à 20% de Na+ restant parviennent jusquauréabsorbés dans le tubule contourné proximal). tube contourné distal, puis au tube collecteur. Le + Na (suivi du Cl-) est ensuite réabsorbé activement auMécanisme de la réabsorption « proximale » niveau de ces deux zones. Cest surtout dans le tubedu Na+ : la Na+-K+-ATPase, localisée dans la collecteur cortical que la réabsorption du Na+ (par le +membrane basolatérale (région basale, cf. p. 5 moyen de canaux Na ou de systèmes antiport Na+/H+etsuiv.), constitue le mécanisme de transport dans la membrane luminale) est sous linfluence deactif pour le Na+ qui est pompé de la cellule laldostérone (cf. p. 140 et 150). Cette excrétion varie,vers linterstitium. La concentration cellulaire du suivant labsorption du sodium et de leau, entre 5 % et 0,5 % de la quantité filtrée.Na+ est ainsi maintenue à un niveau bas et denouveau Na+ peut quitter la lumière tubulaire Mais outre laldostérone, le TFG, la vasculari-sation f médullaire rénale, lin nervation sympathique rénale etpar un transport passif et parvenir jusque dans les « peptides natriurétiques » auriculaires (PNA, p.la cellule à travers la membrane des cellules à 140) agissent également sur lexcrétion du Na+. Labordure en brosse. Ce flux est maintenu par le somme de ces effets stimulateurs, mais aussi parfoisgradient électrochimique élevé du Na+ entre la inhibiteurs (sur des parties du tubule très différentes),lumière et la cellule; il entraîne le transporteur détermine en fin de compte lexcrétion des ions Na+ et(« carrier ») à laide duquel les ions H+ sont Cl".libérés vers la lumière (cf. p. 144) et le glucose,
    • 134 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueLes systèmes à contre-courant dessous). Pour des raisons déquilibre osmotique, une fraction du plasma coule de laLes systèmes à contre-courant, largement partie descendante vers la partie ascendanterépandus dans la nature, remplissent plusieurs des vasa recta et donc dans la médullaire (A4).fonctions : Inversement, les substances dissoutes venant1. Système déchange simple (A1 ) : un de la branche veineuse ascendante, quisystème déchange simple est constitué par entraîne ces substances hors de la médullaireexemple de deux tubes dans lesquels de leau hypertonique, arrivent toujours dans la branchefroide (0°C) et de leau chaude (100°C) coulent descendante. Cela concerne en particulier lesen parallèle. Grâce à léchange de chaleur entre substances formées dans la médullaire rénaleles deux tubes leau sortant à leurs extrémités comme le CO2 et celles qui y sont réabsorbéesest à 50 °C, ce qui signifie que le gradient de comme lurée (cf. p. 137, B). Losmolalité élevéetempérature initial (100°C) a disparu. de la médullaire (cf. ci-après) nest donc que2. Un système déchange à contre-courant peu perturbée malgré lapport sanguin(A2) apparaît lorsque le sens du courant dans nécessaire.un des deux tubes est inversé. Etant donné 3. Dans le système à contre-courantquun gradient de température se manifeste dès multiplicateur, un gradient de concentrationlors sur lensemble du système, la chaleur peut permanent est créé, par dépense dénergie,être échangée sur toute la longueur. Mis à part entre les deux branches (A5).Ce gradientla chaleur, certaines substances peuvent aussi relativement faible entre les deux branchesêtre échangées à travers une paroi semi- (effet élémentaire) est renforcé par le contre-perméable, dans la mesure où il existe un courant et devient un gradient relativementgradient de concentration pour ces substances. élevé le long des branches de lanse. CePrenons lexemple du foie : la bile coule à gradient est dautant plus élevé que anse estcontre-courant vers le sang artériel et portai, de longue et le gradient de leffet élémentairesorte que de nombreuses substances excrétées important; il est, en outre, inversementavec la bile peuvent retourner vers le sang. proportionnel (au carré) à la force du courantSi lon considère maintenant un flux liquidien dans lanse.sécoulant dans un tube coudé en épingle à Dans le tubule rénal (A5 et A6), les ions Na+ etcheveux, en contact avec un milieu dont la Cl- sont constamment transportés activement,température sécarte de celle régnant à cest-à-dire avec dépense dénergie, de lalintérieur du tube (glace, A3), il y aura certes branche ascendante de lanse de Henle versperte constante de chaleur au début du coude, linterstitium environnant (cf. p. 132). Cettemais le liquide à la sortie sera à peine plus froid partie tubulaire est très peu perméable à leauque le liquide se trouvant à lentrée du coude. contrairement à la branche descendante, dontUn tel mécanisme permet par exemple aux losmolalité (A5) séquilibre avec celle depingouins et aux canards de se poser sur la linterstitium; le transport actif du NaCI produitglace et dy rester. Cet échange de chaleur donc le gradient de l’effet élémentaire entre laentre les artères et les veines joue aussi un rôle branche ascendante de lanse dun côté et ladans la thermorégulation chez lhomme (cf. p. branche descendante ainsi que linterstitium de194). la médullaire de lautre côté. Etant donné que losmolalité élevée de linterstitium provoqueUn échange à contre-courant semblable se une fuite de leau hors du tube collecteur (cf. p.produit, dans les vasa recta du rein (cf. p. 136), on peut considérer que ce transport actif122), pour le plasma et les substances du NaCI constitue la force motrice dudissoutes dans le sang. La condition préalable à mécanisme de concentration rénale.cet échange est une augmentation delhypertonie de la médullaire rénale (cf. ci-
    • 136 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueRéabsorption de leau et concentration dautres substances (NH3. K+) sont excrétées ;rénale des urines de plus, pour des raisons osmotiques, lH2O passe aussi dans linterstitium (environ 5 % duLa filtration du plasma dans les glomérules TFG; A).rénaux de lhomme est denviron 120 ml/min ou180 l/jour (TFG ; cf. p. 124). Cette urine La régulation définitive du volume urinaire àprimitive est isotonique au plasma, ce qui excréter a lieu dans les tubes collecteurs.signifie quelle a une osmolalité (cf. p. 335 et Sous l’action de lADH (cest-à-dire pendantsuiv.) de 300 mosm/kg H2O environ. Par contre, lantidiurèse), la quantité deau excrétée delexcrétion urinaire nest en moyenne que 1,5 lurine lors de son passage à travers lal/jour et losmolalité de lurine définitive peut médullaire rénale de plus en plus hypotoniquevarier, suivant la quantité deau absorbée, entre est si importante que losmolalité de lurine50 et 1 200 mosm/kg H2O (cf. p. 140). (Uosm) tait plus que quadrupler par rapport à celle du plasma (Posm), ce qui donneLurine définitive peut être hypotonique si le U/Posm= 4.5. En labsence dADH, il se produitdébit urinaire est de lordre de 18 ml/min une diurèse aqueuse; le rapport U/Posm peut(diurèse), ou au contraire hypertonique si le tomber à moins de 0,2. Cette faible osmolalitédébit est inférieur à quelques dixièmes de urinaire (min. environ 50 mosm/kg H2O) est dueml/min (antidiurèse). à la très faible perméabilité à leau du tubeTube proximal : Les 2/3 environ de lurine collecteur en labsence dADH, si bien queprimitive sont réabsorbés le long de ce leau nest plus éliminée de lurine à ce niveau.segment du néphron (A). La force motrice Losmolalité tombe même au-dessous de celleen est la réabsorption du Na+ ; elle est suivie de du tube distal car le transport du NaCI sela réabsorption de Cl-, HCO3- etc. établissant poursuit dans le tube collecteur (cf. p. 132) sansainsi un (petit) gradient osmolaire facilitant le que leau puisse suivre.passage de leau et latteinte de léquilibre Lurée joue un rôle important dans la concen-osmotique. Lurine primitive reste donc tration des urines : les détails de ce mécanismeisotonique le long de ce segment tubulaire (cf. ne sont toutefois pas très bien connus. Le tubep. 132). distal et la partie initiale du tube collecteur neLa pression oncotique (π : cf. pp. 124. 158, 335 sont que peu perméables à lurée ; la concentra-et suiv.) dans les capillaires péritubulaires tion de celle-ci augmente donc constammentconstitue probablement une autre force motrice dans ces parties du néphron (B). Les parties dude la réabsorption de leau. La pression tube collecteur au voisinage de la papilleoncotique est dautant plus élevée que le présentent une bonne perméabilité à lurée. Devolume deau filtré dans le glomérule est ce fait, lurée rétrodiffuse en partie dans linter-important. En effet, les protéines restent dans le stitium (où elle contribue au maintien dunesang lors de la filtration (cf. p. 127, B). osmolalité élevée) ; le reste de lurée estAnse de Henle : Le système à contre-courant excrétée (B et cf. p. 146). La diurèse augmentemultiplicateur (A et cf. p. 134) concentre de plus lexcrétion de lurée.en plus durine dans la branche descendante de Losmolarité médullaire élevée nécessaire à lal’anse. Leau qui va dans linterstitium est en concentration urinaire peut être diminuée par degrande partie transportée par les vasa recta (A). nombreux facteurs : a) par un flux sanguinLe NaCI est transporté activement de la médullaire trop important qui « élimine » lesbranche ascendante de lanse de Henle vers solutés (NaCI et urée) de la médullaire, b) parlinterstitium (A et p. 134). Étant donné que la une diurèse osmotique abolissant le gradientparoi de la branche ascendante de lanse de osmotique médullaire, c) par une diurèseHenle est imperméable à leau, lurine est aqueuse réduisant le gradient médullaire ethypotonique à lentrée du tube distal et le reste limitant celui-ci à la médullaire interne, d) par unprobablement le long du tube distal. Là, le Na+ blocage du transport du NaCI dans la partie(et le Cl-) sont à nouveau réabsorbés (cf. p. ascendante épaisse de lanse de Henle, enfin e)132) ; malgré tout, losmolalité nen est par déficience en ADN (voir ci-dessus).vraisemblablement pas trop modifiée, car
    • 138 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueÉquilibre hydrique dans lorganisme jeune à 0,64 (femme : 0,53) et chez un hommeLeau est un solvant vital pour lorganisme. âgé a 0,53 (femme : 0.46). Ces différencesSuivant lâge et le sexe, leau représente 0,46 entre lhomme et la femme (ainsi que les(46 %) à 0,75 (75 %) du poids corporel (1,0) (B). variations individuelles) sont dues essentiellement à une plus ou moins grandeLa teneur exacte en eau de lorganisme quantité de graisse dans lorganisme , alors que(régulation, cf. p. 21) est le résultat dun la plupart des tissus (chez ladulte jeune) ontéquilibre du bilan de leau : lapport (et la une teneur en eau de 0,73 en moyenne, celle-ciformation) deau doit constamment équilibrer les nest que de 0,2 environ dans les graisses (B).pertes deau (cf. ci-dessous) (A). Un apport Pour une teneur en eau totale moyenne de 0,6deau moyen (2.5 l/jour) se décompose de la dans lorganisme (poids corporel = 1,0), lefaçon suivante (A) : compartiment intracellulaire (CIC) contienta) boissons (environ 1,3 l/jour), b) eau des environ 3/5 (= 0,35 du poids du corps) de cettealiments solides (0,9 l/jour) et c) eau provenant eau et le compartiment extracellulaire (CEC)de loxydation des aliments (cf. p. 199, C). A cet environ 2/5 (=0,25 du poids du corps), le CECapport deau correspond une perte deau comprenant lespace intercellulaireéquivalente (A) qui se décompose comme suit (interstitium:0,19), le plasma (0.045) et lesa) urine (1,5 l/jour), b) eau éliminée par lair liquides transcellulaires (liquide céphalo-expiré et par la peau (cf. p. 193, B3) et c) eau rachidien, lumière intestinale. etc. : 0,015) (C).contenue dans les fèces (A et cf. p. 231, C). Le Le CIC présente une composition ionique très« turnover » moyen de leau représente donc différente de celle du CEC (cf. p. 65, B) et, àchez ladulte environ 1/30 du poids corporel (2,4 lintérieur du CEC, le plasma se distingue1/70 kg) ; par contre, il représente chez le essentiellement par sa teneur en protéines.nourrisson 1/10 du poids corporel (0,7 1/7 kg), Puisque le Na+ est lion principal du CEC, lece qui rend le nourrisson plus sensible aux contenu de lorganisme en Na+ est le facteurtroubles de léquilibre hydrique. déterminant essentiel du volume de CEC (cf. p.Le « turnover » de leau (ou les échanges, les 132 et 140).mouvements) peut sécarter considérablement Les compartiments liquidiens de lorganismedes quantités indiquées, mais le bilan de leau sont généralement mesurés suivant le principedoit toujours être rééquilibré. Une marche dans de dilution des indicateurs. En supposant que lades conditions de température extérieure élevée substance test considérée (qui est injectée parou le travail dans une fonderie par exemple voie sanguine) diffuse uniquement danspeuvent entraîner dénormes pertes deau par lespace à mesurer (C), on aura : volume de cetsudation (cf. p. 192) (plusieurs litres par espace (I) = quantité dindicateur injectée (g) /heure!), ces pertes devant être compensées par concentration de lindicateur (g/l) après diffusionlingestion de quantités deau (et de sel) équiva- dans lespace concerné (mesure dans le sanglentes. Inversement, labsorption dune trop prélevé). Linuline, par exemple, est ungrande quantité de liquides doit être équilibrée indicateur pour la plus gande partie du volumepar une excrétion urinaire élevée (cf. p. 140). du liquide extracellulaire et l’antipyrine pourUne déshydratation provoque la sensation de leau totale de lorganisme. Le volume dusoif ; la régulation seffectue grâce à un centre liquide intracellulaire est donc exactementde la soif situé dans l’hypothalamus. Les égal à lespace antipyrine moins lespacefacteurs qui déclenchent la soif sont, dune part, inuline. Le bleu Evans, qui se lie fortement auxune augmentation de losmolalité des liquides protéines plasmatiques, est un indicateur pourde lorganisme et, dautre part, une le volume plasmatique. .Le volume sanguinaugmentation de la concentration dan- peut se calculer dès lors à partir degiotensine II dans le liquide céphalorachidien lhématocrite HT (cf. p. 65. A) :(cf. p. 140 et 290). volume plasmatique Volume sanguin = —————-—--------Alors que la proportion deau chez le nourrisson 1 — Htest encore de 0.75, elle tombe chez un homme
    • 140 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueContrôle hormonal de léquilibre hydro- importante ou une trop faible ingestion deélectrolytique sodium pour un volume deau normal diminuentLes liquides extra- et intracellulaires de la sécrétion dADH du fait de labaissement delorganisme ont, à peu dexceptions près, une losmolalité sanguine et augmente ainsiosmolalité de 290 mosm/kg H2O environ (cf. lélimination de leau (cf. ci-dessus). Cela se traduit par une diminution du volume du CECp. 335). Labsorption de NaCI ou les pertes et donc aussi du volume plasmatique (A4). Ladeau par exemple accroissent losmolalité dans diminution du volume plasmatique etle compartiment extracellulaire (CEC) ; celui-ciétant en équilibre osmotique avec le labaissement éventuel de la pression sanguinecompartiment intracellulaire (CIC), il devrait en (cf. p. 153, B) conduisent à une sécrétion dangiotensine II. Cette hormone déclenche larésulter logiquement une fuite deau hors du soif et stimule la sécrétion daldostérone (cf. p.CIC (cf. p. 143, A). En fait les cellules sont 150 et suiv.). Laldostérone stimule à son tour laprotégées contre dimportantes variations devolume et dosmolalité par une régulation stricte réabsorption du Na+ (cf. p. 153, B) et inhibede losmolalité du CEC. Celle-ci est assurée par ainsi lexcrétion du Na+ (rétention du Na+).des osmorécepteurs (surtout dans Leau est alors retenue en raison de la rétentionlhypothalamus), par lhormone antidiurétique du sel ; cela entraîne simultanément une(ADH = vasopressine) et par le rein en tant ingestion deau (soif), si bien que le volume du CEC redevient normal (A4).quorgane cible (cf. p. 136). Dans lexemple ci-dessus (absorption trop élevée de NaCI), Une diminution du volume plasmatique pro-losmolalité est régulée par une rétention deau voque également une chute de la pression dansqui entraîne, en contre-partie, une augmentation le système basse pression de la circulationdu CEC. La concentration du NaCI dans sanguine ; cela est directement signalé à lhypo-lorganisme détermine donc le volume du CEC. thalamus par des tensorécepteurs situés dansComme cest l’aldostérone qui contrôle loreillette gauche et déclenche une sécrétionlexcrétion du NaCI (cf. p. 132 et p. 150), cette dADH (réflexe de Henry-Gauer).hormone régule donc aussi le volume du CEC. Excès de sel (A3) : Laugmentation deDéshydratation (Al) : Lorsque les pertes deau losmolalité plasmatique qui en résulte entraîne(par la sudation, lair expiré) ne sont pas une augmentation de la sécrétion dADHcompensées ou le sont insuffisamment, le CEC (rétention deau et soif). A linverse de ce qui sedevient hypertonique : une augmentation de passe pour les déficits en sel, le volume dulosmolalité de seulement 3 mosm/kg H2O suffit CEC et donc du plasma augmentent : ceci seà provoquer une augmentation de la sécrétion traduit par une augmentation de lexcrétion dudADH au niveau de lhypothalamus et de la sodium et ultérieurement de leau sous leffetposthypophyse (Al) (cf. p. 240). LADH, dun freinage du système rénine-angiotensine II-transportée jusquau rein par le flux sanguin, aldostérone, dune libération accrue de FNAprovoque une réduction de lexcrétion de leau (Facteur Natriurétique Auriculaire, voir ci-(cf. p. 136). La soif qui se manifeste simultané- dessous) et aussi dautres mécanismes (p. 132ment incite à lingestion deau (cf. p. 138). et p. 152) ; le volume du CEC redevient normalHyperhydratation (A2) : Labsorption dun (A4).liquide hypotonique diminue losmolalité dans leCEC. Ce signal inhibe la sécrétion dADH. Il Le Peptide Natriurétique Auriculaire ou Facteur (PNA = FNA) ou peptide auriculaire est stocké dans dessensuit une élimination excédentaire durine vésicules au niveau des cellules de la paroi auriculairehypotonique (cf. p. 136) : leau en excès est cardiaque. Une augmentation de la tension deéliminée en moins dune heure. loreillette induit une libération de ce peptide, dont lun des effets est daccroître jusquà un certain pointLorsquune trop grande quantité deau est trop + lexcrétion de Na par le rein. Comme il a aussi desvite ingérée, il peut se produire une effets directs sur le système cardiovasculaire, surintoxication par leau (nausées, vomisse- dautres hormones et sur le SNC, le terme de peptidements, choc). La cause en est une forte auriculaire doit être préféré. Bien que cette hormonediminution de losmolalité du plasma avant semble agir par intégration sur de nombreux organesmême que linhibition de la sécrétion dADH cibles pour moduler les fonctions cardiovasculaires etpuisse être efficace. la balance hydrique, son rôle physiologique nest pas totalement élucidé.Déficit en sel (A4) : Une perte de sel trop
    • 142 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueTroubles de léquilibre hydro-électrolytique (= Posm = 290 mosm/kg H2O). La proportion deau libreLes troubles de léquilibre hydro-électrolytique (A et p. peut être calculée à partir de la relation 1 - (Uosm/Posm140) peuvent être dus à des perturbations dans : a) le où Uosm est losmolalité urinaire.bilan de leau et du sodium (cest-à-dire lapparition Ainsi, 1 litre durine avec une osmolalité de 60dun déséquilibre entre lapport et les pertes), b) la mosm/kg H2O par exemple contient 0.8 litre deau libre.répartition entre le plasma, linterstitium (cest-à-dire b) La diurèse osmotique apparaît lorsque deslespace extracellulaire) et lespace intracellulaire et c) substances non réabsorbables sont filtrées dans lela régulation hormonale. Voici quelques causes et tubule (par exemple, le mannitol utilisé en théra-conséquences de ces troubles ( ↓ = diminution. ↑ = peutique). Pour des raisons déquilibre osmotique, cesaugmentation, inch. = inchangé) : substances fixent leau dans le tubule, leau étant1. Diminution du volume iso-osmotique ensuite éliminée avec la substance. Lorsque, avec des substances réabsorbables comme le glucose, la(Al) : volume extracellulaire (LEC) ↓ . volume capacité de réabsorption tubulaire est dépassée du faitintracellulaire (LIC) inch. osmolalité (osm) inch. ; lors de concentrations plasmatiquestrès élevées (cf. p.de vomissements, de diarrhées, de thérapie diurétique 128), leau nest pas éliminée avec la fraction de(cf. ci-dessous), dhémorragies, de brûlures, de substance non réabsorbée ( par exemple glycosurie etponction dascite, etc. diurèse en cas de diabète).2. Déshydratation (A2) : LEC ↓, osm ↑. déplacements c) La diurèse forcée est consécutive à uneliquidiens de LIC vers LEC ; lors de sudation, augmentation de la pression sanguine (cf. p. 122).dhyperventilation, de diurèse osmotique (cf. ci-après), Quand la pression sanguine augmente, lautorégulationde déficit en ADH (diabète insipide), etc. empêche une augmentation du FPR dans le cortex (cf.3. Déficit en sel (A3) : osm ↓ . déplacement liquidien p. 122). Dans la médullaire, cependant, lautorégulationde LEC vers LIC et LEC ↓ ; lors de vomissements, de est moins efficace ; le flux sanguin médullairediarrhées, de sudation, de déficit en aldostérone, augmente et abolit le gradient de concentrationdhypokaliémie. de lésions du SNC. de néphrite avec médullaire (cf. p. 136). Cette action diminuepertes de sel. etc. losmolalité urinaire maximale, aboutissant à une diurèse forcée. Puisquune augmentation du volume du4. Augmentation du volume iso-osmotique (A4) : CEC élève la pression sanguine (cf. p. 180), provo-LEC ↑. osm inch. ; lors dune insuffisance cardiaque, quant une diurèse forcée qui ramène le volume dude néphroses, de glomérulonéphrite aiguë, de cirrhose CEC à la normale, la diurèse forcée peut jouer un rôlehépatique décompensée, etc. important dans la régulation à long terme de la5. Hyperhydratation (A5) : LEC↑. osm↓ . déplacement pression sanguine. d) Les diurétiques (B) sont des médicaments qui provoquent laliquidien de LEC vers LIC ; lors de lingestion deau, diurèse. Ils agissent généralement en inhibant la réabsorptiondune trop grande sécrétion dADH, dun lavage du NaCI (salidiurétiques}, ce qui entraîne, comme effet se-destomac intensif, dune perfusion de solutions condaire, une diminution de la réabsorption de leau (cf. p. 132).glucosées. etc. Toutefois, la diminution du volume des LEC qui en résulte peut entraîner une stimulation de la sécrétion daldostérone (cf. p.6. Excès de sel (A6) : osm ↑. déplacement liquidien de 140 et p. 152), ce qui peut gêner leffet diurétiqueLIC vers LEC et LEC ↑ : lors de perfusions de solutions (hyperaldostéronisme secondaire). Les inhibiteurs de lan-salines hypertoniques, dune trop grande sécrétion hydrase carbonique (AC ; cf. p. 144 et suiv.) comme pardaldostérone, dune thérapie par des hormones exemple lacétazolamide agissent sur le tube proximal et le tubestéroïdes, de lingestion deau salée (mer), de lésions distal en inhibant la réabsorption du NaHCO3 (B) et produisentdu SNC, etc. une diurèse modérée (pH élevé, augmentation du NaHCO3 et diminution du NH4+ dans les urines). Les inhibiteurs deLes conséquences des troubles 1, 2 et 3 sont une lanhydrase carbonique ne sont plus utilisés comme diurétiques.hypovolémie (cf. p. 186), celles des troubles 3 et 5 un Les diurétiques les plus puissants (par ex. le furosémide) inhi-œdème intracellulaire (notamment œdème cérébral) et bent le système de co-transport Na+ - K+ - 2CI- au niveau de lacelles des troubles 4, 5 et 6 un œdème extracellulaire branche ascendante de lanse de Henle (cf. p. 132) et(œdème pulmonaire). produisent une diurèse abondante et une diminution de la clairance de leau libre comme du gradient osmotique médul- +Diurèse et substances à action diurétique laire. Lexcrétion du Na+ est augmentée, mais celle du K est diminuée (cf. p. 150). Les diurétiques thiazidiques inhibentLa diurèse est laugmentation de lélimination urinaire 2+ + avant tout le transport du Ca et du Na au niveau du tube( > 1 ml/min environ). Causes : distal ; ils peuvent augmenter la sécrétion de K+. Lamiloride eta) La diurèse aqueuse apparaît lors dune diminution les diurétiques semblables inhibent les échanges entre Na+ et K+ au niveau du tube proximal et diminuent lexcrétion du H+ ende losmolalité plasmatique et/ou dune segmentation bloquant le canal sodique, et par là même le potentieldu volume sanguin (cf. p. 140). La baisse du taux transépithélial au niveau du tubule distal (cf. p. 148). UnedADH conduit à une excrétion dune urine hypotonique diminution de lexcrétion du K+ est aussi observée avec les(minimum 40 mosm/kg H 2O) et donc aussi de leau diurétiques antagonistes de laldostérone dans le tube distallibre. Le même phénomène se produit lorsquil existe (comme la spironolactone), ce qui provoque une faible perte enun trouble de la sécrétion dADH, comme cest le cas Na+ (cf. p. 152).dans le diabète insipide. Le terme àeau libre définit laquantité deau qui pourrait être soustraite à une telleurine jusquà ce quelle devienne isotonique au plasma
    • 144 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueRein et équilibre acido-basique malgré tout être excrétés (pour la régénération du tampon).Lanhydrase carbonique (AC) est une enzyme quijoue un rôle essentiel dans lorganisme partout où Le pH urinaire peut tomber jusquà 4 dans les cassétablit un gradient dions H+ (donc une différence de extrêmes, ce qui signifie que la concentration de lurinepH), ainsi dans le tabule rénal, la muqueuse en ions H+ est de 0,1 mmol/l au maximum (cf. p. 334).intestinale, lintestin grêle, les glande salivaires. etc. Donc, pour un volume urinaire de 1,5 l/jour, seulementLAC joue aussi un rôle important lors du transport du 0,15 mmol/l, soit moins de 1% des ions H+ produitsCO2 dans les érythrocytes (cf. p. 96). LAC catalyse la sous forme libre, est excrété. Cependant,réaction H2O + CO2 ó H+ +HCO3- létablissement dun pH urinaire bas, spécialement au niveau du tube collecteur (pompe à H+, voir ci-dessus),La réaction peut être catalysée selon deux processus est nécessaire pour tamponner le phosphate, etc., et(A) : pour que les ions H+ se fixent au NH3 sécrété afin dea) H2O+ CO2 ó H2CO ó H+ + HCO3-; former les ions NH4+ (voir ci-dessous). +b) H2O ó H OH-; Une grande quantité dacides appelés fixes, 10-30 mmol/jour, est excrétée, sous forme dacidité dite OH- + CO2 ó Hco3- titrable (B) (80% de phosphate, 20 % durate, deHabituellement, lacide carbonique (H2CO3) est citrate, etc.).considéré comme un composé intermédiaire dans Cette acidité excrétée est dite titrable car la quantité decette réaction (A). Cependant, on a aussi récemment lacide peut être déterminée par retitration de lurineproposé que lion OH- au lieu de H2O se lie à lenzyme avec du NaOH jusquau pH plasmatique (7,4).(A). Le phosphate est présent dans le sang (pH 7,4) àDans le tubule rénal et la paroi gastrique (cf. p. 208), 2- 80% sous forme dHPO4 , dans I’urine (acide) presqueles ions H+ sont transportés vers la lumière, alors que exclusivement sous forme dH 2PO4 (cf. p. 335), ce quiles ions HCO3- quittent la cellule du côté basal (sang). signifie que les ions H+ sécrétés ont été tamponnésInversement, le HCO3- apparaît dans la lumière des par du HP04(B). Environ 150-250 mmol de phosphateglandes salivaires (cf. p. 202 et p. 212), tandis que les sont filtrées par jour et 80 à 95% de cette quantité sontions H+ passent dans le sang. réabsorbés (cf. aussi p. 154 et suiv.) ; le reste estLa libération dions H+ dans la lumière tubulaire excrété. Sur cette quantité, 80% ont capté une quantitérénale seffectue par échange contre des ions Na+ équimolaire dions H+ lors du passage tubulaire. Il est(transporteur commun, cf. p. 132). La majeure partie à noter quun ion Na+ a pu être réabsorbé pour chaquedes ions H+ est sécrétée dans le tubule proximal, où, ion H+ sécrété et excrété (B). Lors dune acidose (cf. p.malgré laction tampon des ions HCO3-, phosphate 114 et suiv.), lexcrétion de phosphate augmente.etc., le pH chute de 7.4 a approximativement 6.7. Au Laugmentation de lexcrétion dion H+ qui en résulteniveau du tube collecteur on a mis en évidence une précède une augmentation de la formation de NH4+;pompe à H+ ATP-dépendante. A ce niveau, le pH cette augmentation est provoquée principalement parluminal peut chuter à environ 4,5. La libération dions la mobilisation des phosphates dorigine osseuseH+ dans la lumière tubulaire a deux fonctions consécutive à lacidose (cf. p. 254 et suiv.).essentielles : Cela nest pas le cas lors de lexcrétion dions H+1. lexcrétion des acides (sous forme dacides sous forme dions NH4+ (cf. p. 147, C2). Letitrables, de NH4+ et sous forme libre ; cf. ci-dessous) ; métabolisme des acides aminés (cf. ci-dessous)2. la réabsorption du bicarbonate filtré (HCO3-). provoque constamment la formation dammoniac (NH3)Excrétion urinaire des acides : Dans le cas dune dans les cellules tubulaires. Le NH3 nest pas chargé etalimentation moyenne contenant environ 70-100 g de peut donc aisément diffuser dans la lumière tubulaireprotéines par jour (cf. p. 196), la production dions H+ (cf. p. 126 et 11). Les ions H+ libérés à ce niveaudans lorganisme est de 190 mmol/jour. Les principaux forment, avec le NH3, les ions NH4+ qui ne peuventacides (appelés fixes) sont HCI (provenant du plus guère rétrodiffuser. 30 à 50 mmol/jour dions H+métabolisme de larginine, de la lysine et de lhistidine), sont ainsi excrétées. Pour une alimentation normale enH2SO4 (provenant de la méthionine et de la cystine), protéine, le métabolisme des acides aminés produitH3PO4 (provenant du métabolisme des phospholi- des ions HCO3- et NH4+ en quantité approxima-pides) et lacide lactique. Environ 130 mmol/jour sont tivement équimolaire (environ 700-1000 mmol/jour). Lautilisés pour le métabolisme des acides aminés majorité de ces composés est utilisée (mécanismeanioniques (glutamate et aspartate ; à partir des énergie-dépendant) pour la formation durée dans leprotéines) et des autres anions organiques (lactate, foie : Oetc.) ; le résultat global est une production nette dions ll +H+ denviron 60 (40-80) mmol/jour. 2HCO3- + 2NH4 ó H2N-C-NH2 + CO2 +3H2O.Les ions H+ de ces acides sont certes tamponnés (cf.p. 110 et suiv.) lorsquils sont libérés, mais ils doivent
    • 146 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueAinsi, chaque ion NH4+ excrété par le rein Réabsorption du bicarbonate (HCO3-)épargne un ion HCO3- hépatique qui peut (C1) : Environ 4300 mmol/jour de HCO3- sont filtrées,tamponner un H+. Ce mécanisme est appelé soit approximativement 35 fois la quantité contenue« excrétion indirecte dH+ ». Cependant, le foie dans le sang. Il faut donc que la réabsorption duexporte seulement 15 à 30% du NH4+ vers le HCO3- soit extrêmement efficace, sinon léquilibrerein (sous forme inchangée). La majorité du acido-basique dans lorganisme serait rompu (cf. p. 110 et suiv.). Les ions H+ libérés dans le tubuleNH4+ est incorporée, au niveau des réagissent avec du HCO3- pour donner du CO2 et duhépatocytes, à la glutamine (= Glu-NH2), pour H2O (C1), une AC luminale (dans la bordure enformer des ions glutamate qui sont brosse) jouant aussi éventuellement un rôle. Le CO2temporairement privés de leur H+ pour les peut aisément diffuser dans la cellule ; là, les ions H+besoins du métabolisme (voir ci-dessus). et HCO3-, se forment à nouveau. Les ions H+ sontLe rôle du foie dans lhoméostasie du pH par alors libérés, tandis que le HCO3-passe dans le sang. Le HCO3- est ainsi transporté, sous forme de CO2 àrégulation du transfert de la glutamine vers le travers la membrane cellulaire luminale. 85-90 % desrein a même été évoqué. ions HCO3- filtrés sont réabsorbés dans le tubeDans le rein, la glutamine peut être scindée par proximal, le reste principalement dans le tubedes glutaminases rénales (C2,a) en NH4+ et collecteur. Le cas échéant, le HCO3- peut aussi passerglutamate (= glu-). Glu-peut être à nouveau tel quel (donc sans être transformé en CO2) entre les cellules de la paroi tubulaire.métabolisé en 2-oxoglutarate et en un secondNH4+ par une glutamate déshydrogénase rénale Une augmentation (ou une diminution) de la Pco2 dans(C2, b) (ou peut être recyclé au niveau le plasma conduit à une augmentation (ou à une baisse) de la sécrétion dions H+ et donc aussi de lahépatique pour une nouvelle synthèse de réabsorption du HCO3- ce qui revêt une grandeglutamine). Lorsquun métabolite bivalent de la importance dans la compensation des troublesglutamine, le 2-oxoglutarate est finalement respiratoires (cf. p. 116).converti en un composé non ionisé, comme leglucose ou le CO2 (ce qui se passe Métabolisme et excrétion de lazotehabituellement dans le rein), deux ions H+ sont Alors que les hydrates de carbone et les graisses dealors neutralisés, et par là même «indirectement lorganisme sont presque exclusivement dégradés enexcrétés », sous forme de NH4+. eau et en CO2 (cf. p. 198), lazote (N) des substances azotées, donc des protéines, des acides aminés. desLe NH4+ est dissocié en NH3 + H+ dans les nucléotides, etc., est excrétée par le rein sous formecellules du tubule proximal et sécrété dans la dautres substances azotées, le plus souvent souslumière par diffusion non ionique (NH3) et par forme durée (formée dans le foie) mais aussi, poursécrétion de H+ (en échange avec Na+, ou une faible part, sous forme de NH4+ (cf. ci-dessus), depompé par lH+-ATPase) dans la lumière créatinine, dacide urique, etc.tubulaire où le NH4+ est à nouveau formé (C2). Lexcrétion de lacide urique (formé par leUne partie de ce NH4+ est apparemment résorbée métabolisme des nucléotides) ne joue quantitativement(sous sa forme ionisée !) par utilisation des quun rôle secondaire avec environ 4 mmol/jour contremécanismes de transport du K+ au niveau de la partie plus 300 mmol/jour pour lurée. Lexcrétion de lacideépaisse de la branche ascendante (cf. p. 149, B2). Par urique revêt malgré tout une importance cliniquediffusion non ionique (par ex. sous forme de NH3), il considérable, car cet acide est difficilement soluble etréintègre lespace urinaire au niveau du tube peut former des calculs rénaux. Un taux dacide uriquecollecteur, où, grâce au pH très bas de ce segment, il élevé dans le sang peut en outre être à lorigine de laest définitivement entraîné avec les urines sous forme goutte.de NH4+. Lexcrétion de NH4+ est normalement de Du point de vue du bilan énergétique de lorganisme, lalordre de 25-50 mmol/jour. voie la plus favorable serait une excrétion de lazoteDans lacidose métabolique chronique sous forme de NH3, ce que font les animaux vivant dans leau. Mais les animaux terrestres ne peuvent pas(cf. p. 114), lexcrétion de NH4+ augmente. La excréter le NH3 car il est toxique. Par contre, lurée,formation de glutamine hépatique augmente bien que sa synthèse exige la présence dATP, est nonparallèlement à la formation durée et est toxique, parfaitement hydrosoluble et elle porte enaccompagnée dune augmentation du flux par le outre 2 atomes dazote par molécule. Les reptiles et lesmoyen de la glutaminase rénale. En conséquence, oiseaux éliminent lazote essentiellement sous formelexcrétion de NH4+ peut atteindre 3 fois la normale. Il de cristaux dacide urique, ce qui signifie quefaut 1-2 jours pour que cette adaptation soit totale. Les lexcrétion de lazote est ici combinée à lexcrétion desmécanismes de régulation mis en jeu ne sont pas + ions H (acide urique) sans lintermédiaire de leau. Cecomplètement élucidés. mécanisme convient donc aussi tout à fait aux animaux vivant dans le désert.
    • 148 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueRégulation du bilan potassique réabsorbés le long du tube proximal, indépend- amment de lapport en potassium (A). Ce transportEnviron 50 à 150 mmol de K+ sont absorbées seffectue probablement contre un faible gradientchaque jour (quantité minimale nécessaire : 25 électrochimique. Les ions K+ doivent de ce fait êtremmol). 90 % de cette quantité étant excrétés excrétés activement de la lumière tabulaire mais, tout comme pour la réabsorption du Na+, la majeure partiepar lurine et 10% par les fèces. La des ions K+ quitte passivement le tube proximal (B1).concentration plasmatique en K+ est de 3,4 à 10 à 20% environ de la quantité de potassium filtrée5,2 mmol/l, alors que dans les cellules de quittent le liquide tubulaire au niveau de lanse delorganisme la concentration « efficace » en Henle (la sécrétion dans la branche descendante estpotassium est 20 à 30 fois supérieure (cf. p. 65, plus faible que la réabsorption dans le segment ascen-B) ; en dautres termes, 98 à 99 % des 4500 dant ; B2), de sorte que 10% seulement de la quantitémmol dions K+ de lorganisme se trouvent dans filtrée apparaissent dans le tube distal (A).les cellules (3 000 mmol dans les cellules En cas de surcharge en potassium, la quantitémusculaires, 200 mmol environ dans les excrétée dans lurine augmente (dans les cascellules hépatiques et les érythrocytes, etc.). extrêmes, jusquà 150% de la quantité filtrée) et, enBien que la fraction extracellulaire ne cas de déficit en potassium, lexcrétion urinaire dureprésente que 1 à 2 %, elle nen est pas moins potassium diminue (au minimum 3% environ de la quantité filtrée). Cette adaptation suivant les besoinsimportante car elle règle lensemble du bilan seffectue presque exclusivement par une fortepotassique. augmentation ou par une diminution de la libérationLa concentration extracellulaire en K+ peut être dions K+, dans la portion terminale du tube distal et dans les parties initiales du tube collecteur (B) ; lerégulée de façon brutale par un déplacement potassium peut en outre être à nouveau (activement)des ions K+ entre le liquide extracellulaire réabsorbé à ce niveau.(LEC) et le liquide intracellulaire (LIC). Ce Les mécanismes cellulaires du transport duphénomène relativement rapide empêche ou potassium dans le tube distal et dans la partie initialefreine par exemple une augmentation du tube collecteur ne sont pas encore parfaitementdangereuse du nombre des ions K+ dans le connus. Le potassium venant aussi bien de la lumièreLEC lorsque dimportantes quantités dions K+ tubulaire que du sang, est probablement transportésont apportées de lextérieur (alimentation) ou activement vers lintérieur de la cellule (cf. ci-dessus,libérées dans lorganisme (par exemple par B) (dans ce dernier cas, par un échange contre des ions Na+). Il en résulte une concentration potassiquehémolyse). Ce déplacement des ions K+ a une intracellulaire très élevée, celle-ci constituant la forcerégulation principalement hormonale. Une motrice essentielle du flux passif de potassiumaugmentation brutale du potassium dans le LEC séchappant de la cellule (B). Cest la raison pourconduit ainsi à une sécrétion dinsuline qui laquelle les variations de labsorption active destimule par la suite labsorption des ions K+ et potassium et de la perméabilité passive de laabaisse ainsi à nouveau la concentration membrane cellulaire luminale aux ions K+ influencentpotassique dans le LEC. Lépinéphrine, la sécrétion du potassium par le biais du potentiel cellulaire et de la concentration intracellulaire des ionslaldostérone et une alcalose stimulent aussi K+.labsorption cellulaire du potassium. Il y a deux types de cellules dans cette zone tubulaire :La régulation de fond du bilan potassique dans les cellules principales, qui sécrètent K+, et leslorganisme est principalement assurée par le rein (cf. cellules intermédiaires, qui, on le pense, sontci-dessous) mais aussi, pour une part plus faible, par le responsables de la réabsorption active du K+ durantcôlon. Lexcrétion du potassium est surtout influencée les déficiences en K+ (et de la sécrétion de H+ dans cepar la concentration en ions K+ et H+ du LEC, par segment du tubule).laldostérone et par lexcrétion du sodium (C). En cas Mécanisme de la sécrétion du K+ par les cellulesdaugmentation chronique de lapport en potassium, la principales (B3) : Comme avec toutes les autrescapacité du mécanisme excréteur du potassium cellules tubulaires, la Na+-K+-ATPase de la membraneaugmente (adaptation potassique). Même dans le des cellules basolatérales diminue la concentrationcas dune fonction rénale très réduite, lappareil intracellulaire en Na+ et augmente dans le mêmetubulaire restant encore fonctionnel assure par cette temps celle du K+. K+ peut quitter la cellule au moyenadaptation léquilibre du bilan potassique. des canaux K+ des deux côtés de la cellule, où leLe potassium est filtré au niveau du glomérule rénal gradient électrochimique membranaire détermine laet est normalement à nouveau réabsorbé en grande diffusion du K+. De plus sur la membrane cellulairepartie (réabsorption nette) ; mais la quantité excrétée luminale des cellules principales, il y a des canaux Na+peut, le cas échéant, dépasser la quantité filtrée (qui peuvent être inhibés par les diurétiques tels que(sécrétion nette, cf. ci-dessous). lamiloride) à travers lesquels le Na+ peut diffuser de la70% de la quantité de potassium filtrée sont
    • 150 Rein et Équilibre hydro-électrolytiquelumière jusque dans la cellule. Cette entrée est de limitée par une concentration luminale en K+ donnée.nature électrogénique (cf. p. 15), si bien que la Ceci signifie que le passage dun plus grand volumemembrane luminale est dépolarisée à environ 30 mV par unité de temps peut entraîner avec lui plus de K+(+ du côté luminal) alors que la membrane basolatérale par unité de temps.garde son potentiel de repos normal, soit approx. 70 4. Laldostérone (voir aussi ci-dessous) augmentemV (extérieur +). Il en résulte une force motrice plus lincorporation, la formation et/ou les mécanismesimportante pour la sortie de K+ du côté de la lumière dentrée au moyen des canaux Na+ et K+ au niveau depar rapport à lautre côté de la cellule, celle-ci favorise la membrane luminale, ce qui aboutit directement ou +la sortie de K dans la direction de la lumière tubulaire : indirectement (dépolarisation) à une augmentation deil y a sécrétion. la sécrétion de K+ (et une réabsorption de Na+).Le potentiel membranaire des cellules principales étant Laldostérone accroît lactivité de la Na+-K+-ATPase etdifférent des deux côtés de la cellule, il en résulte un aboutit à plus longue échéance, par ex. dans le caspotentiel transépithélial luminal négatif denviron 40 dune adaptation potassique (voir ci-dessus), à desmV. Parmi dautres moyens, il peut être une force changements morphologiques importants des cellulesmotrice pour la réabsorption paracellulaire du Cl-, mais cibles. (Toutefois lexcrétion de K+ reste élevée en casil nest pas encore certain que ce mécanisme soit le dadministration chronique daldostérone. alors que laprincipal ou même le seul moyen de passage pour la réabsorption du Na+, pour des raisons inconnues.réabsorption du Cl- dans cette portion du néphron. augmente à nouveau au bout de 2 semaines : phénomène de « fuite » = escape phenomenon).Les cellules intermédiaires (B4) nont pas de canauxNa+ du côté luminal, et la conductivité au K+ est +diminuée si bien quil ny a presque pas de K sécrété à Minéralocorticoïdes +ce niveau. La réabsorption active de K seffectue au Les minéralocortico(stéro)-ïdes sont synthétisés dansniveau des cellules au moyen de la H+-K+-ATPase la corticosurrénale (CS). Ces hormones ont pourprésente dans leur membrane luminale. fonction essentielle de réguler le transport du Na+ etPlus la réabsorption de Na+ est importante au niveau du K+ dans le rein et dans dautres organes (vésiculedes cellules principales, plus la sécrétion de K+ est biliaire, intestin, glandes sudoripares, glandesélevée. Il y a deux raisons probables à ce mécanisme salivaires. etc.). Le principal représentant desde couplage de transport Na+-K+ dans le tubule distal minéralocorticoïdes est laldostérone, mais laet dans le tube collecteur cortical : a) laugmentation de corticostérone, la désoxycorticostérone et même lesla dépolarisation luminale (voir ci-dessus) au fur et à glucocorticoïdes (cf. p. 260) ont une influence sur lemesure que le Na+ est réabsorbé et b) laugmentation transport du sel.de la concentration en Na+ à lintérieur de la cellule. Biochimie : Laldostérone appartient aux stéroïdes 2+Ceci ralentit les échanges Na+/Ca au niveau de la C21; elle possède donc 21 atomes C et est forméemembrane cellulaire basolatérale, avec en dans la zone glomérulaire (zona glomerulosa) (cf. p.conséquence une augmentation de la concentration 261 ) de la corticosurrénale (CS). La biosynthèse de 2+intracellulaire en Ca qui est à lorigine de louverture laldostérone se fait à partir du cholestérol qui est issu +des canaux K du côté luminal de la cellule. essentiellement du plasma, mais qui peut aussi êtreFacteurs modifiant lexcrétion du K+ (C) : formé dans la corticosurrénale. LACTH (cf. p. 261 ) + agit en stimulant la biosynthèse (et non la sécrétion) de1. Une augmentation de lapport en K provoque une laldostérone. Le taux de synthèse de laldostéroneélévation de la concentration plasmatique et cellulaire est de 80 à 240 µg/jour et la concentration plasmatique +en K , qui en retour augmente la force motrice est de 0.10 à 0,15 µg/l. Ces valeurs varient selonessentielle pour la sécrétion de K+. labsorption de NaCI et lheure de la journée : les taux2. pH sanguin. Lalcalose augmente et lacidose de sécrétion les plus élevés sont observés le matin etdiminue la concentration potassique intracellulaire et ils atteignent un minimum tard le soir. Laldostérone seen conséquence lexcrétion de K+ ; toutefois dans combinée lacide glycuronique dans le foie (cf. p. 214)lacidose chronique lexcrétion de K+ continue de et est excrétée, sous cette forme, dans la bile et danscroître. Ce phénomène a pour origine a) une I’urine.augmentation du flux urinaire distal (voir point 3), et b) Régulation de la sécrétion daldostérone :lhyperkaliémie qui provoque une libération Laldostérone provoque dans tout lorganisme unedaldostérone (voir point 4). rétention du /Va+ et une augmentation de lexcrétion3. Sil y a une augmentation de lapport en liquide du K+. On constate aussi une rétention secondaire dedans le tubule distal, consécutive par ex. à une leau, si bien quil en résulte, entre autres, uneaugmentation de lapport en NaCI, de la diurèse augmentation du volume extracellulsire (cf. p. 140 etosmotique, ou à toute autre forme dinhibition du suiv.).courant de réabsorption de Na+, le potassium excrété Il est donc compréhensible que, dun pointaugmente (voir par ex. perte de K+ lors deladministration de certains duirétiques; cf. p. 142). de vue physiologique, la sécrétion daldostéroneLexplication probable est que lexcrétion de K+ est
    • Rein et Équilibre hydro-électrolytique 151 soit stimulée : a) par une diminution du volume une forte augmentation de lexcrétion du Na+ sanguin, b) par une hyponatrémie et c) par une avec rétention du K+, ce qui conduit, associé à un déficit en glucocorticoïdes (cf. p. 260), à une hyperkaliémie. Langiotensine II (cf. p. 152) joue un rôle essentiel dans la sécrétion situation dont le pronostic est vital. daldostérone mais on ne connaît pas encore le mécanisme permettant ce déclenchement. Excrétion du Ca2+ et du phosphate La libération daldostérone est également En tant quorgane excréteur, le rein participe de stimulée par lACTH (cf. p. 261, A) ; elle est façon importante à léquilibre du bilan calcique inhibée par latriopeptine provenant des (cf. p. 254 et suiv.). La concentration oreillettes du cœur (cf. p.140). plasmatique du calcium libre et lié est de 2,3 àAction de laldostérone : Laldostérone 2,7 mmol/l (4,6 à 5.4 meq/l) :stimule la réabsorption du Na+ et lexcrétion duK+ au niveau des cellules transportant le sel. 1.3 mmo/l environ sont à létat de Ca2+ ionisé,Son action commence 1/2 heure à 1 heure 0.2 mmol/1 sont liés (à du phosphate et duaprès sa libération (ou sa sécrétion) et atteint citrate) et le reste, 0.8 à 1.2 mmol/l. est lié à dessa valeur maximale au bout de quelques protéines plasmatiques et nest donc pasheures. Ce retard sexplique par le temps filtrable (cf. p. 10 et p. 127, B). Ainsi, environnécessaire à la progression de la réaction 270 mmol (1,5 mmol/l X 180l/jour) sont filtréesintracellulaire jusquau moment de laction des quotidiennement et, de cette quantité, 0,5 à 3 %hormones stéroïdes (cf. p. 244) : seulement apparaissent dans lurine. Le site de réabsorption est lensemble du néphron, à(1) diffusion de laldostérone (= A) à travers la lexception des tubes collecteurs. La réab-membrane cellulaire. (2) liaison spécifique aux sorption du Ca2+ est généralement parallèle àrécepteurs protéiques cytoplasmiques (= R), (3) celle du Na+ (cf. p. 132). Cela est vrai, tant pour« activation » et changement de conformation laction des diurétiques (cf. p. 142) que pour ledu complexe activé A-R, (4) liaison sur la site de la régulation fine de lexcrétion du Ca2+chromatine des récepteurs intranucléiques en qui se déroule essentiellement dans le tubevue de la réaction, (5) induction de lARN, (6) distal. La parathormone (cf. p. 254) et, à unproduction des Protéines Induites par moindre degré, le 1.25 dihydroxycalciférollAldostérone (AlPs) qui modulent les effets (provenant de la vitamine D ; cf. p. 256)cellulaires de celle-ci. diminuent lexcrétion du Ca2+, tandis que laLorsque la corticosurrénale synthétise une trop calcitonine (cf. p. 256) laugmente.grande quantité daldostérone, cela provoque un 80 à 95% du phosphate filtré dans le glomérulehyperaldostéronisme. Lors dun hyperaldo- (cf. p. 144 et suiv.) sont réabsorbésstéronisme primaire (à la suite de tumeurs (principalement dans le tube proximal).corticosurrénates produisant de laldostérone : Contrairement à ce qui se passe pour le Ca2+, lasyndrome de Conn), la sécrétion de laldosté- parathormone stimule lélimination durone ne répond pas au rétrocontrôle. La réten- phosphate, alors que le 1.25-dihydroxycalciféroltion du Na+ conduit à une augmentation du diminue lexcrétion du phosphate et lavolume extracellulaire (CEC) et de la pression calcitonine laugmente (cf. p. 256).artérielle; les pertes en K+ provoquent unehypokaliémie qui est accompagnée dune alca-lose hypokaliémique.Lhyperaldostéronisme secondaire, encore plusfréquent, apparaît lors dune diminution duvolume plasmatique efficace (lors de la gros-sesse, dune insuffisance cardiaque, de ladmi-nistration chronique de diurétiques, dun régimepauvre en NaCI, dune cirrhose hépatique avecascite). Dans chacune de ces situations,lactivation du système rénine-angiotensine II(cf. p. 152) aboutit à la sécrétion daldostérone.En cas d’insuffisance surrénalienne (maladiedAddison), labsence daldostérone provoque
    • 152 Rein et Équilibre hydro-électrolytiqueSystème rénine-angiotensine La libération de rénine est assurée (du moins en partie) par des β2-adrénorécepteurs (cf. p. 56) ;Lappareil juxtaglomérulaire (A) comprend : elle réagit à ladrénaline circulant dans le sanga) les cellules de la macula densa au début du et est inhibée par quelques β-bloqueurs.tube contourné distal, b) les cellules granulaires Langiotensine II et laldostérone libérée (cf. ci-en contact étroit avec les artérioles afférentes et dessous) agissent en inhibant également laefférentes du même néphron et c) les cellules sécrétion de rénine (B).interstitielles agranulaires (Poikissen = coussi- Organes-cibles et action de langiotensine IInet polaire) (cf. p. 120). 1. Système cœur-circulation : Langiotensine IIPar sa position, lappareil juxtaglomérulaire est est le plus puissant vasoconstricteur detout à fait apte à capter les signaux rendant lorganisme et agit directement sur lescompte de la composition urinaire dans la partie artérioles. Il en résulte une augmentation de lainitiale du tube distal (macula densa) et à les pression sanguine (B). On ne sait pas encoreutiliser pour la régulation du flux sanguin exactement si cela joue un rôle dans laglomérulaire, de la pression de filtration et donc régulation physiologique.du TFG (cf. p. 124) {rétroaction}. 2. SNC : Langiotensine II provoque aussi uneBiochimie (B) : Parmi dautres organes (comme vasoconstriction par le biais dune stimulation dule cerveau, le cœur, la glande surrénale) le rein « centre » circulatoire, ce qui renforce encorecontient (dans les cellules granulaires de leffet immédiat sur les artérioles. Langiotensinelappareil juxtaglomérulaire) de la rénine, une II déclenche en outre le mécanisme de la soifenzyme protéolytique qui passe dans le sang. au niveau de lhypothalamus et joue le rôle deLa rénine détache de son substrat, stimulateur lors de la régulation du besoin delangiotensinogène (venant du foie), un sel (B).décapeptide (peptide ayant 10 groupes dacides 3. Rein : Langiotensine II agit là aussi commeaminés) encore appelé angiotensine I . Len- vasoconstricteur, ce qui entraîne une chute duzyme de conversion ( converting enzyme), qui flux sanguin rénal et du TFG (cf. p. 122 et suiv.).est présente dans le poumon et dans dautres Certains résultats dexamens montrent que letissus, détache de langiotensine l deux acides système rénine-angiotensine dans lappareilaminés et donne naissance à langiotensine II, juxtaglomérulaire peut aussi intervenir purementoctapeptide très actif qui est ensuite inactivé localement comme une rétroaction sur le(dégradé) dans le foie et le rein. néphron isolé. Une augmentation du TFGLa régulation du système rénine-angio- pourrait de ce fait provoquer une élévation de latensine (B) nest pas encore totalement concentration (ou de la réabsorption) du NaCIélucidée. Les concentrations de NaCI élevées au niveau de la macula densa, ce qui seau niveau de la macula densa (par exemple à la traduirait par une production locale de rénine etsuite dune augmentation du TFG) stimulent de dangiotensine II. Une constriction de lartérioletoute évidence lexcrétion de la rénine, de sorte afférente abaisserait alors le TFG et la chargeque le flux sanguin rénal (FSR) et le TFG en Na+, et inhiberait la stimulation de la maculadiminuent. Doù une diminution de lexcrétion du densa.NaCI (B). En outre, une chute brutale de la Cependant, la libération de rénine dans la circulationpression sanguine (ou une diminution brutale du systémique, et la formation dangiotensine II qui envolume plasmatique) conduit à une libération de découle, diminue si la concentration en NaCI (ou sa réabsorption) au niveau de la macula densa augmente.rénine (barorécepteurs dans lartère rénale?), ce Ainsi, langiotensine II plasmatique ne peut être lequi provoque une remontée de la pression signal qui engendre la vasoconstriction parartérielle, du volume plasmatique et une rétrocontrôle au niveau de lartériole afférente. Biendiminution de la libération de rénine (rétroaction que langiotensine II intracellulaire ou dautres signauxnégative ; B). Une diminution de la pression (prostaglandines?) soient impliqués dans ce rétro-artérielle moyenne dans un seul rein (par ex. contrôle, leur mode daction reste à élucider,suite à une sténose de lartère rénale) 4. Corticosurrénale : Langiotensine II y stimuleaugmente également la libération de rénine par la sécrétion daldostérone (cf. p. 150) ; celle-cile rein, ce qui conduit dans ce cas à une augmente la réabsorption du Na+ dans le tubehypertension systémique (cf. p. 180). distal et accentue ainsi léconomie du Na + et du H2O provoquée par la diminution du TFG (B).
    • 154 Cœur et CirculationLe système cardiocirculatoire circulation pulmonaire, quant à elle, reçoitLe cœur propulse le sang à partir de sa cavité lensemble du débit cardiaque car elle estgauche (ventricule gauche) dans les vaisseaux « placée en série » sur la grande circulation (A).artériels de la grande circulation jusquaux Une irrigation suffisante du cerveau (environvaisseaux capillaires périphériques. Le sang 13% du débit cardiaque) est essentielle : dunerevient au cœur droit par le réseau veineux : il part, le cerveau est un organe dimportanceest à nouveau propulsé du ventricule droit vers vitale, dautre part, il est très sensible à unles poumons doù il revient au cœur gauche manque dO2 (hypoxie ; cf. p. 102) et, enfin, une(circulation pulmonaire ou petite circulation; cellule nerveuse détruite ne peut êtreA). remplacée.Le volume total de sang (volémie) est de 4.5-5.5 litres environ (soit 6 à 8 % de la masse Lirrigation du muscle cardiaque (environ 4 %corporelle) ; environ 80% de ce volume se de Qc au repos, cf. p. 188) ne doit pas chuter,trouvent dans le système à basse pression car sa diminution entraînerait la défaillancequi comporte, dune part, les veines, dautre globale du cœur et, par voie de conséquence,part. toute la petite circulation, éléments du celle de toute la circulation.système circulatoire où la pression est relati- Les poumons reçoivent du sang par deuxvement basse (A), en moyenne 2 kPa voies : 1) par les artères pulmonaires (petite(15mmHg); ce système à basse pression sert circulation), du sang veineux arrive aux pou-de réservoir de sang grâce à sa grande mons où il sartérialise (100% du débit ventri-capacité et à sa grande extensibilité. Si lon culaire droit) ; 2) par les artères bronchiques, duaugmente la volémie (par exemple par une sang artérialisé vient de la grande circulation ettransfusion), 98 % du volume de sang transfusé alimente le tissu pulmonaire. Tout ce sangse répartissent dans le système à basse retourne au cœur par une voie commune : lespression contre 2 % seulement dans le système veines pulmonaires. artériel à haute pression. Inversement, ladiminution de la volémie globale se traduit Les reins reçoivent à peu près 20 à 25 % depresque exclusivement par une diminution de Qc (cf. p. 122). Cette irrigation tout à faitvolume du système à basse pression. exceptionnelle compte tenu du poids de ces organes (seulement 0,5 % du poids corporel)Le débit cardiaque (Qc, cest-à-dire le volume sexplique par leur rôle de contrôle et dépura-de sang éjecté du cœur par unité de temps, est tion. Lalimentation du tissu rénal ne requiertle produit de la fréquence cardiaque par le quune infime fraction du débit sanguin rénal. Envolume déjection systolique. ce qui donne : 70 cas de défaillance circulatoire (par exemple lors(min-1) • 0,07 (I) ≈ 5 l/min pour un sujet normal dun état de choc ; cf. p. 186), le débit rénal peutau repos (4.5 chez la femme. 5,5 chez chuter en faveur dun maintien de la circulationlhomme). Une élévation simultanée de la cérébrale et cardiaque.fréquence et du volume systolique peutconduire à une augmentation considérable de Lors dun effort musculaire intense, près des 2/3Qc (cf. p. 48). de Qc peuvent être consacrés à lalimentationQc peut être déterminé à partir du principe de des muscles squelettiques (cf. p. 48). DurantFick appliqué à la prise en charge de loxygène la digestion, le tractus digestif reçoit, depar le sang au niveau du poumon (Vo2 cf. p. 92) même, une importante fraction de Qc. Il estet à la différence des concentrations artérielle et donc évident que ces deux groupes dorganesveineuse en O2, DAVo2 (cf. p. 92) : ne peuvent pas recevoir simultanément un débit maximum de sang (A). Qc= VO2 . Lirrigation de la peau (au repos environ 10% du DAVO2 débit cardiaque) intervient principalement dansQc se partage entre plusieurs organes « placés la thermolyse (cf. p. 192). La peau est, de ceen parallèle » sur la grande circulation fait, richement irriguée lorsque lorganisme(cerveau, myocarde, tractus digestif. muscles, produit beaucoup de chaleur (effort musculaire)reins, peau, etc.). La répartition entre les divers et/ou lorsque la température ambiante estorganes tient compte, dune part. de élevée.limportance vitale de chacun deux et, dautrepart, de leur besoin à tout instant ; la
    • 156 Cœur et CirculationLe réseau vasculaire leur ensemble responsables de 50 % de la RPT (cf. p. 155) ; il en résulte une chuteLes artères qui reçoivent le sang de laorte se considérable des pressions sanguines à cedivisent elles-mêmes plusieurs fois jusquaux niveau (vaisseaux résistifs). La moindreartérioles. Celles-ci se ramifient pour former le modification des résistances artériolaires a unréseau capillaire, puis les capillaires se grand effet sur la RPT (cf. p. 176 et suiv.). Leréunissent pour donner des veinules à partir diamètre de chaque artériole, et plusdesquelles le sang par les petites veines, puis spécialement des sphincters précapillaires,les grosses veines, enfin les veines caves détermine également le flux sanguin dans lessupérieure et inférieure gagne le cœur droit (A). capillaires daval et, par là même, limportanceDans ce circuit, la pression sanguine de la surface déchange capillaire.moyenne (cf. p. 160) passe de 13,33 kPa Daprès la loi de Hagen-Poiseuille,(100mmHg) dans laorte à 0,25 à 0,5 kPa R=8.l.η(environ 2 à 4 mmHg) dans les veines caves (cf. π . r4p. 94). La différence de pression moyenne la résistance (R) dun tube dépend de la longueur de(AP) entre laorte et le ventricule droit (environ ce tube (I), de la fluidité (viscosité, η) du liquident de la13 kPa) et la résistance périphérique totale 4 puissance quatre du rayon de ce tube (r ). Ainsi,(TPR) dans la circulation systématique (environ une diminution de 16 % du rayon (par ex. des2,4 kPa. min. I-1) déterminent le flux sanguin artérioles) suffit pour doubler la résistance.total (Q) qui est léquivalent du débit cardiaque La viscosité η du sang augmente lorsque(cf. p. 154). La loi dOhm ΔP = Q • R peut Ihématocrite augmente (cf. p. 65, A) mais aussisappliquer, soit a la circulation dans son lorsque la vitesse découlement du sang diminue car leensemble (Q = Qc et R = résistance totale sang est un liquide hétérogène dans lequel lespériphérique, RPT), soit à des portions du hématies ont tendance à sagglutiner en pileréseau circulatoire ; la chute de pression ΔP est dassiettes lorsquil sécoule lentement (cf. p. 64 et p.particulièrement importante dans les portions du 186). Cette propriété peut conduire au cercle vicieuxréseau où la résistance est élevée. Le débit suivant, notamment lors dun état de choc :sanguin Q (mVs) est le même dans deux η↑ àRPT ↑ à Qc ↓ à η ↑↑ etc., ce qui fait tendreportions successives du circuit placées en série, Qc vers 0 (stase).en dautres termes, laorte est traversée, par Les capillaires, bien quayant chacun un rayon bienunité de temps, par autant de sang que plus faible que les artérioles (A), ne participent quelensemble des artères et par autant de sang pour 27 % à la RPT car leur nombre est considérable 9 (5.10 ). La chute de pression dans le réseau capillaireque lensemble des capillaires de la grande joue un rôle important dans les échanges de liquidecirculation. Dautre part, la vitesse sanguine entre le sang et lespace extracellulaire des tissus(m/s), qui détermine le temps de contact, est (cf. p. 158), échanges qui constituent le rôle majeurinversement proportionnelle à la surface de des capillaires. Compte tenu de la faible vitesse dusection (A2) des vaisseaux (vitesse rapide dans sang a ce niveau (0,3 mm/s) de leur surface déchange 2laorte, lente dans les capillaires). Laorte et les importante (environ 300 m ) et de leur paroi perméablegrosses artères ne font pas que répartir le et extrêmement mince, les capillaires sont particulièrement bien adaptés à ce rôle déchange desang vers la périphérie (au repos, la vitesse solutés et de liquides.moyenne du sang est de 0.2 m/s, ou 0,05-0,1m/s respectivement), elles servent également, Daprès la loi de Laplace, la tension de paroi (T) est égale, dans un vaisseau sanguin, à la pressiongrâce à leur élasticité (qui diminue avec lâge) à transmurale (Pt = pression sanguine dans le vaisseautransformer un flux de sang puisé au niveau de moins la pression de lenvironnement) multipliée par lela portion initiale de laorte (systole : 0,7 m/s) en rayon du vaisseau r;un flux continu (effet Windkessel ; cf. p. 163). T = Pt • rQuand le cœur se contracte et que la pression Étant donné que r est très petit dans les capillairesaugmente, les artères se distendent et (3 000 fois plus petit que dans laorte ; A), la tension deemmagasinent de lénergie potentielle; quand il la paroi est faible, ce qui explique quune paroise relâche (diastole), la pression diminue et les capillaire mince suffise pour résister à cette pression.artères restituent cette énergie. Ceci permet au Les veines collectent le sang et assurent son retourflux sanguin de progresser durant la diastole vers le cœur. Leur volume global considérable leur faitbien que les valves aortiques soient fermées. jouer un rôle important comme réservoir de sang (A) ; elles représentent une part essentielle du système àLes artérioles et les petites artères sont dans basse pression (cf. p. 184) (vaisseaux capacitifs).
    • 158 Cœur et CirculationÉchanges liquidiens à travers les applicables aux régions situées au dessus du cœur ; pour celles situées au dessous, le « poids » de laparois capillaires colonne sanguine (pression hydrostatique)Les capillaires ravitaillent les cellules. Leurs augmente considérablement la pression dans lesparois relativement minces (cf. p. 156) capillaires (+ 12 kPa a niveau des pieds en positioncomportent des pores de 8 nm de diamètre qui debout). Lorsque la station debout se prolonge, lespermettent un libre passage des solutés, hormis valeurs élevées de ΔP dans les capillaires du pied (16les grosses molécules de protéines. Les cellules kPa s 120 mmHg au niveau artériel) conduisent à une fiitration locale élevée ; ces pressions élevées serontsanguines sont elles aussi retenues dans le lit compensées, comme au niveau du rein, par une sortievasculaire. Au niveau de lensemble des deau et donc une augmentation (disproportionnée) decapillaires de lorganisme, 20 litres de liquide Δπ (cf. p. 336 et suiv.),(soit 1/200 environ de leau plasmatique éjectéepar le cœur dans la grande circulation) filtrent Le flux transcapillaire et la formation des œdèmes sont susceptibles dêtre influencés par les facteursdu sang vers le milieu interstitiel en 24 heures. suivants :Dix-huit litres de liquide sont réabsorbés, cest- a) Modification de la pression dans la partie artérielleà-dire retournent dans les capillaires pendant le du capillaire;même temps. La différence, soit 2 litres, b) Modification de la pression dans la portion veineuseretourne dans la voie sanguine par lintermé- du capillaire ; ceci peut survenir par contractiondiaire de la circulation lymphatique (A). différentielle des veinules. Dans le domaineLes forces motrices de la filtration et de la pathologique, cette pression peut augmenter par suite de stase veineuse (conséquence dune insuffisanceréabsorption au niveau de la paroi capillaire cardiaque par exemple) ce qui conduit à un excès de(A) sont, dune part, la différence de pression fiitration par rapport à la réabsorption (B1) et donc àhydrostatique (ΔP), dautre part, la différence de une rétention de liquide dans l’espace interstitielpression oncotique (Δπ) et le coefficient de (œdème).fiitration (σ) (cf. p. 335 et suiv.) entre lintérieur c) Modification du taux des protéines plasmatiques,et lextérieur des capillaires {hypothèse de agissant sur Δπ. Le changement de Δπ est plusStarling, 1896). ΔP et Δπ sont en rapport avec la important que celui attendu daprès la loi de vant Hoffdifférence de pression en question, avec la (cf. p. 336, E).perméabilité (conductibilité électrique) et avec la d) Lors de l’augmentation de la perméabilité auxsurface déchange de la paroi capillaire. protéines (σ < 1), par exemple occasionnée par lhistamine (cf. p. 72), la filtration prédomine (œdème).ΔP, force motrice de fiitration, a pour valeur environ3,9 kPa (29 mmHg) au niveau de lartériole, et chute à e) Enfin, la diminution du flux lymphatique peut avoirenviron 1.9 kPa (14 mmHg) au niveau de la veinule (A un effet sur la quantité deau interstitielle et conduire àet B. lignes rouge et violette). La différence de pression la constitution dun œdème (par exemple par obstruction ou destruction des voies lymphatiques).oncotique. Δπ = 2.7 kPa (20 mmHg ; A et B ligneverte) (lorsque σ = 1 ; aucune protéine ne passe), agit Toute augmentation du volume du tissu interstitielà rencontre de ΔP. Dans la mesure où les protéines conduit à une augmentation de la pression et donc à une diminution de AP. La constitution dun œdèmesont rares dans le milieu interstitiel, on peut concevoir augmente la distension de lespace interstitiel tantque les protéines du plasma retiennent leau. La quun nouvel équilibre nest pas atteint entre, dunedifférence ΔP - Δπ est de 1.2 kPa (3,9 - 2.7) du côté part, la fiitration et, dautre part, la réabsorption et leartériolaire, cest-à-dire favorable à la filtration, et de drainage lymphatique.-0.8 kPa (1.9 - 2,7) du côté veinulaire, cest-à-direfavorable à la réabsorption. Laugmentation de la La fiitration et la réabsorption de leau au travers desperméabilité dun endothélium aux protéines (par parois capillaires entraînent aussi des solutésexemple dans le foie) signifie que la pression (« solvent drag ». cf. p. 10) ; cependant il fautoncotique (Δπ • σ) sest modifiée parce que σ<1 (cf. p. reconnaître aux processus de diffusion un rôle336 et suiv.). quantitativement prépondérant dans les échanges de matière (cf. p. 8). Lorsque la concentration duneLa branche veineuse du système déchanges liquidions substance est égale de part et dautre de la paroiest plus large et plus perméable que la branche capillaire, le flux de diffusion qui pénètre équilibre celuiartérielle. La réabsorption nécessite donc un trajet plus qui sort, cest-à-dire que la résultante de ces flux estcourt ou une ΔP - Δπ plus faible que la filtration (A). nulle. Si. par contre, il existe une différence deCes données montrent que, en moyenne, une partie concentration entre le plasma et le tissu interstitiel, ledu capillaire seulement assure la réabsorption tandis flux résultant devient unidirectionnel pour la substanceque lautre partie assure la filtration. Le flux en question. Les éléments nutritifs et O2 quittent ainsitranscapillaire est le reflet global de ces mouvements. la voie sanguine, tandis que les catabolites et CO2 diffusent dans la direction opposée.Les pressions mentionnées ci-dessus sont seulement
    • 160 Cœur et CirculationPression sanguine tracée de telle manière que les surfaces définies par la courbe de pression au-dessus et au-dessous de la droite soient égales.Lorsque, dans le langage courant, on parle de « Lintersection de la droite avec laxe des y (axe des pressions)tension artérielle », il est question, en fait, de la indique la pression moyenne. Bien que la pression moyennepression artérielle. Elle oscille entre chaque décroisse de laorte à lartère fémorale, on peut trouver unebattement cardiaque entre une valeur maximale pression maximale plus élevée dans lartère fémorale que dans(pression systolique) qui se situe durant la systole du laorte (A1 et A2).cœur (cf. p. 162) et une valeur minimale (pression Il est indispensable, pour lalimentation des tissus, quediastoli-que) qui se produit pendant la diastole (A et la pression sanguine (cf. p. 176 et suiv.) soit bienB). Alors que la pression systolique dépend de la régulée. Une pression artérielle trop faible conduit àfonction cardiaque et de lélasticité des grosses un état de choc (cf. p. 186), à l’anoxie (cf. p. 102) et àartères, la pression diastolique dépend surtout de la la mort tissulaire. Une pression artérielle trop hautevitesse découlement du sang, cest-à-dire de la chroniquement (hypertension, cf. p. 180) est, ellerésistance totale périphérique (cf. p. 156). aussi nuisible, car les vaisseaux en souffrent (enLa valeur de la pression systolique au repos (assis particulier ceux du cœur, du cerveau, des reins et de laou couché) mesurée au bras est de 16 kPa peau),(120mmHg), et la pression diastolique de 10,7 kPa(80 mmHg). La moyenne « géométrique » des deux La pression est beaucoup plus basse dans lartèregrandeurs (voir ci-dessus) est la pression moyenne pulmonaire que dans laorte (B2) ; la pression(P) ; la différence entre elles est la pression systolique nest que de 3,3 kPa environ (25 mmHg) etdifférentielle (ou pulsatile : PP). la pression diastolique de 1,3 kPa (10 mmHg). La circulation pulmonaire appartient donc au systèmePP est principalement fonction du volume systolique à basse pression (cf. p. 154). Une autre particularité(Vs ; cf. p. 154) et de la compliance artérielle ou de la circulation pulmonaire est la souplesse decapacitance (= changement de volume/ changement l’environnement des vaisseaux pulmonaires (tissude pression ; ΔV / ΔP). Pour un Vs donné et une pulmonaire rempli dair). Une augmentation du débitcompliance diminuée (les vaisseaux deviennent plus dans la circulation pulmonaire (par ex. durantrigides), Ps augmente plus que PD, et en conséquence lexercice) entraîne plutôt une dilatation des vaisseauxPP augmente (cest ce qui se passe lors du pulmonaires (diminution des résistances) quunevieillissement). Une augmentation de Vs sans évélation de pression pulmonaire. A cet instant, lesmodification de compliance occasionne aussi une plus vaisseaux pulmonaires font transitoirement fonction deforte augmentation de Ps que de PD (PP augmente). réservoir (cf. p. 94 et p. 184).Pour une fréquence cardiaque et un Vs donnés, P estproportionnelle à la RPT (cf. p. 156). Si la RPT Alors que la pression artérielle dépend en premier duaugmente et que le Vs est éjecté aussi rapidement que débit cardiaque Qc et de la résistance périphériqueprécédemment, Ps et PD augmentent dans la même totale RPT (cf. p. 156), la pression dans les veinesproportion et PP reste inchangée. Toutefois, est surtout liée au volume sanguin et à seslaugmentation de RPT allonge la durée déjection. modifications en fonction du temps; ainsi la pressionDans ce cas, le rapport augmentation du volume veineuse nest que de 0,2 à 0,5 kPa (soit 1,5 à 4artériel/écoulement périphérique durant léjection mmHg) dans les veines proches du cœur (B3). Unediminue. En conséquence, Ps augmente moins que PD pression aussi basse dans les vaisseaux rend leet PP est diminuée. diamètre de ceux-ci fortement dépendant de la pression environnante, car le diamètre dépend de laOn peut mesurer la pression sanguine soit pression transmurale (cf. p. 156 et p. 184). Dans ladirectement à laide dune aiguille placée dans le flux cage thoracique, cette pression varie en fonction dusanguin (A et B1, courbe de pression figurée), soit de cycle respiratoire [pression thoracique) (B4 et p. 80),manière indirecte à laide dun brassard gonflable. Pour de sorte que le diamètre des veines caves oscille encela, le brassard placé autour du bras est gonflé fonction de la ventilation, ce qui se traduit par unejusquà ce que la pression du brassard dépasse la sorte de pompage du flux veineux lors de la respirationpression maximale du sang. Un stéthoscope est placé de la périphérie vers le cœur (cf. aussi p. 184). Aen regard de lartère humérale, au pli du coude, et lon linspiration, la pression intrathoracique chute (B4) endégonfle peu à peu le brassard. Pour une pression dessous de la pression veineuse moyenne de la veinedonnée, lue sur le manomètre, on entend des cave (B3), ce qui a pour effet délargir la lumièrebattements traduisant le passage en jet du sang au veineuse et donc (B5) daugmenter le débit veineuxniveau de lobstacle que constitue le brassard : cette instantané du sang revenant au cœur droit. Lepression correspond approximativement à la pression phénomène de Frank-Starling (cf. p. 182 et suiv.)systolique. Les battements satténuent et disparaissent entraîne en conséquence une augmentation du volumelorsque lécoulement du sang devient continu ; la pres- déjection du ventricule droit (B7) et donc unesion lue sur le manomètre correspond alors à la augmentation du flux dans les artères pulmonairespression diastolique. La pression artérielle peut être (B6). Le volume déjection du cœur gauche diminue enexprimée aussi bien en mmHg quen kPa (cf. p. 328). même temps légèrement car lélargissement desLa pression artérielle moyenne permet de déterminer la veines pulmonaires, lors de linspiration, diminue leperfusion dun organe. Cette pression peut être estimée par un retour du sang vers le cœur gauche.graphique (A) : une ligne droite, parallèle à laxe des temps, est
    • 162 Cœur et CirculationLes phases du fonctionnement A2 et A3), les sigmoïdes souvrent. Cetcardiaque (le cycle cardiaque) événement marque le début de la phase déjection (phase II), durant laquelle la pressionLa fréquence cardiaque au repos est de dans le ventricule gauche et dans laorte atteint70/min ; les quatre phases du fonctionnement un maximum de 16 kPa (120 mmHg) (A2,se succèdent en moins dune seconde ; ce sont phase llb). Les pressions systolique etla phase de mise en tension (I), la phase diastolique dans lartère pulmonaire sontdéjection systolique (II), la phase de respectivement de 3,3/1,1 kPa ou 25/8 mmHg ;relaxation (III) et la phase de remplissage cf. p. 94). Après léjection totale du sang (A6diastolique (IV) (A). et A7), les ventricules se relâchent (relaxation isovolumétrique, phase III) et leur pressionLes valvules cardiaques assurent lécoulement tombe subitement en-dessous de celle deunidirectionnel dans le cœur, cest-à-dire des laorte et de lartère pulmonaire respectivementoreillettes vers les ventricules (phase IV) et des (A3). De ce fait, les valves sigmoïdes seventricules vers laorte ou artère pulmonaire ferment ce qui marque le commencement de laselon le cas (phase II). phase de remplissage, phase IV, premièreLouverture ou la fermeture des valvules partie de la diastole.(A10) dépend de la différence de pression de Pendant ce temps, les oreillettes se sont à nouveaupart et dautre de celles-ci : par exemple, remplies sous leffet prépondérant de laspirationlorsque la pression dans le ventricule gauche réalisée par labaissement du plancher valvulairedevient supérieure à celle de laorte, les (mitral ou tricuspidien) dû à la contraction ventriculaire.valvules aortiques souvrent, et inversement si Tout est ainsi prêt, dès le début de la phase decette pression devient plus faible que la remplissage (phase IV a), pour un nouveu remplissagepression dans laorte, elles se ferment. énergique des ventricules (A6). La contraction active des oreillettes (phase IV c) nintervient que pour 15%Les phases mécaniques du cycle cardiaque du remplissage ventriculaire pour une fréquencecorrespondent à des modifications électriques cardiaque normale.bien précises (A1); celles-ci peuvent être Lapport sanguin au muscle cardiaque se fait par lesrecueillies pour donner un tracé ECG (cf. p. 168 artères coronaires (A8 et p. 188). Le débit coronaireet suiv.) (les diverses phases du cœur gauche na lieu que pendant la diastole, surtout au niveau dune se superposent pas exactement aux phases ventricule gauche, car ces vaisseaux sont compriméscorrespondantes du cœur droit; A1 a). par la contraction du muscle cardiaque durant la systole (pression transmurale < 0).Le cycle cardiaque « Lexpression acoustique » des phases cardiaquesContraction de loreillette (phase IV c) : normales reflète les bruits du cœur (A9) : le premier,Pendant la diastole ventriculaire, la dépolari- durant la phase de contraction isovolumétrique, lesation du pacemaker cardiaque (= nœud sinusal deuxième à la fermeture brutale des valvules sigmoïdes. Des bruits pathologiques du cœur se; cf. p. 164) excite la musculature de loreillette manifestent lorsque les valvules sont trop étroites ou(onde P sur lECG ; Al) qui se contracte (la lorsquelles occasionnent des fuites {sténose oupression auriculaire croît, phase IV c ; A4) ; le insuffisance}.sang éjecté par cette contraction achève le Les ondes des pulsations veineuses (A5, a, c, x, v. y)remplissage ventriculaire. La diastole prend fin sont aussi le reflet du cycle cardiaque. Cest ainsi, parà ce moment ; le volume ventriculaire en fin exemple, que onde « a » positive est provoquée parde diastole est en principe de 125 ml environ la contraction auriculaire. L’onde « x » négative par(A6) mais peut atteindre 250 ml. labaissement du plan valvulaire.Lexcitation électrique du cœur (cf. p. 164) Le fonctionnement intermittent de la pompe cardiaqueatteint alors les ventricules (complexe QRS de produit une onde pulsatile (A, effet « Windkessel »), qui sétend à travers les vaisseaux artériels avec unelECG ; A1 ) qui vont se contracter. Durant la certaine vitesse : vitesse pulsatile. Celle-ci est plusphase de mise en tension (phase I), les quatre élevée que la vitesse sanguine (cf. p. 156), dautantvalvules sont fermées : le volume ventriculaire plus grande que les parois des vaisseaux sontreste stable (A6) (contraction isovolum- épaisses et rigides (elle augmente dans lhypertensionétrique) et la pression monte alors très et avec lâge) et dautant moins grande que le diamètrerapidement (A3). Quand la pression dans le des vaisseaux est élevé (environ 6 m/s dans laorte etventricule gauche dépasse la pression aortique 10 m/s dans lartère radiale).(10,7 kPa ou 80 mmHg ;
    • 164 Cœur et CirculationElectrophysiologie cardiaque dabord lentement puis brutalement. La courbe du PA, après une montée rapide, sinfléchit, sarrondit : leLe cœur comporte deux types de cellules maximum du PA est atteint ; alors il décroît et la cellulemusculaires : se repolarise jusuà son PDM (cf. p. 167, D).1) des cellules qui produisent et conduisent des Dans le myocarde actif, la naissance rapide du PA (cf. p. 31, A) est la conséquence de lentrée brève maisimpulsions, + brutale de Na (cf. p. 42). Au contraire, au niveau du2) des cellules qui répondent à ces impulsions nœud sinusal et du nœud AV où la densité des canauxpar un raccourcissement (contraction). Ces sodiques est plus faible, la naissance du PA (dont 2+ lorigine principale est lentrée de Ca ) est relativementcellules représentent la musculature plus lente.fonctionnelle du cœur, le myocarde. La genèsede lexcitation (impulsion) siège dans lorgane Chaque potentiel daction du nœud sinusal produit unlui-même contrairement à ce qui se passe pour battement cardiaque, ce qui signifie que la fréquence de cet entraîneur (pacemaker) détermine lales muscles squelettiques (cf. p. 32) : on parle fréquence des battements. Celle-ci peut êtrede rythme spontané ou dautonomie du modifiée, de ce fait, par des changements decœur. potentiels membranaires des cellules de lentraîneur (dans le nœud sinusal) : 1) le seuil du potentiel dactionDu point de vue fonctionnel, le myocarde peut être augmenté, et de ce fait, le prépotentiel estventriculaire est un syncitium, cest-à-dire que atteint plus tard (D1);les cellules ne sont pas isolées les unes des 2) la pente du prépotentiel peut être diminuée, ce quiautres ; une excitation qui naît quelque part conduit au même résultat quen 1) (D2) ;dans les ventricules conduit, quelle que soit sa 3) le potentiel diastolique maximum peut devenir pluslocalisation, à une contraction complète des négatif et, de même quen 1) et 2), le seuil est atteintdeux ventricules (contraction par tout ou plus tard, la remontée du prépotentiel débutant pus bas (D3) ; 4) la repolarisation après un potentielrien). Il en est de même pour les oreillettes. daction peut avoir un décours temporel plus lentLexcitation du cœur (B et C) naît normalement au (potentiel daction plus durable).niveau du nœud sinusal : cest lentraîneur du cœur Le rôle prépondérant du nœud sinusal dansou pacemaker (A). Lexcitation sétend à partir de ce lexcitation normale du cœur tient au fait que les autrespoint aux deux oreillettes et au nœud atrioventri- parties du système excitateur et conducteur du cœurculaire (nœud AV; A et B) et aboutit au réseau de ont une fréquence propre plus basse que celle duPurkinje après avoir cheminé le long du faisceau de nœud sinusal. Cest pourquoi lexcitation venue duHis et de ses deux branches (Tawara). Le faisceau de nœud sinusal touche les autres cellules avant quellesPurkinje conduit lexcitation au myocarde ventriculaire : ne se soient spontanément dépolarisées jusquà leurlexcitation parcourt le myocarde de lintérieur vers potentiel seuil propre.lextérieur, de la pointe à la base, ce qui peut être suivisur lorganisme intact à laide de lECG (B; cf. p. 168).Dans ce système où lexcitation naît et se propage, il Modifications et perturbations denexiste pas de potentiel de repos membranaire lexcitabilité cardiaquestable ; mais après chaque repolarisation, ce potentiel Le cœur peut battre sans innervation extérieure ende repos réaugmente peu à peu jusquà un certain raison de son autonomie ; pourtant linnervation estniveau (seuil ou prépotentiel) au delà duquel un nécessaire à ladaptation de la fonction cardiaque etpotentiel daction (PA) se produit (cf. p. 26 et p. 45; à une demande variable de lorganisme (cf. p. 48). LesD). On appelle potentiel diastolique maximal (PDM) le caractéristiques suivantes de la fonction cardiaquepotentiel le plus négatif qui est enregistré juste après peuvent être modifiées :un potentiel daction. 1) la fréquence de la formation des impulsions parLes changements ultérieurs de conductance ou lentraîneur, donc la fréquence des battements duperméabilité g et les courants ioniques déterminent le cœur (effet chronotrope) ;PA des cellules du nœud sinusal (pacemaker; cf. 2) la vitesse de conduction de lexcitation,aussi p. 26) : à partir du PDM (environ - 70 mV au spécialement dans le nœud AV (effet dromotrope) ;nœud sinusal), on observe dabord une diminution 3) la force de contraction musculaire, cest-à-dire lacontinue de gK alors que, pendant le même temps, gCa contractilité du cœur (effet inotrope) ;et gNa sont tous deux bas ; ICa et INa entraînent une 4) lirritabilité, dans le sens dune modification dulente dépolarisation qui peut conduire par étapes au niveau dexcitation ou de stimulation (effet bathmo-prépotentiel ou potentiel seuil. Ensuite gCa (et un peu trope).gNa) sélève par palier jusquà ce que laugmentation de Linnervation cardiaque par des branches duICa amène finalement au prépotentiel. Quand le nerf vague et du sympathique agit sur lapotentiel seuil (PS) est atteint (environ - 40 mV pour le fonction cardiaque (cf. p. 51 et suiv.) de diversesnœud sinusal), gCa augmente rapidement puis retrouve manières : les faisceaux du nerf vague qui vont auensuite sa valeur de départ tandis que gK augmente
    • 166 Cœur et Circulation 2+ quement par les substances bloquant les canaux Ca ,nœud sinusal en diminuent la fréquence (effet également connues sous le nom dinhibiteurschronotrope négatif) et ceux du sympathique 2+ calciques. La [Ca ]i, très importante pour le couplagelaugmentent via les adrénorécepteurs β1, (effet excitation-contraction (cf. p. 36 et suiv.), ne dépendchronotrope positif). Une modification de la pas seulement de lentrée mais aussi de la sortie de 2+vitesse de dépolarisation spontanée des Ca du sarcoplasme. Celles-ci seffectuent grâce à un 2+cellules du nœud sinusal (D2 et E1) et un mécanisme actif primaire de « pompes » à Ca 2+ (Ca ATPase) dans le système longitudinal et danschangement brusque du PDM (D3) sont res- 2+ lespace extracellulaire. Le Ca entre le dernier parponsables de ces effets. échange avec le Na + 2+ + (antiport Ca /Na ). Ce 2+ mécanisme de transport actif secondaire du Ca estLa diminution de la pente de dépolarisation + + directement sous la dépendance dune Na -K -ATPasespontanée et le PDM négatif sous linfluence du (cf. p. 11).nerf vague proviennent dune augmentation de Perturbations de lexcitation cardiaque (voir aussi p.la perméabilité au K+ (gK, cf. p. 26) ; laugmen- 174)tation de la pente sous linfluence du systèmesympathique (et de ladrénaline) provient dune Les variations des concentrations électrolytiques du sérum modifient lexcitation cardiaque Une faibleaugmentation de gCa et dune diminution de gK. hyperkaliémie élève le PDM du nœud sinusal etSeul le système sympathique exerce une action exerce alors un effet chronotrope positif. Une fortechronotrope sur le reste du système dexcitation hyperkaliémie conduit à un PDM positif par inactivationcardiaque, ce qui lui confère un rôle décisif dans du canal sodique (cf. p. 26) et provoque par là mêmela prise en charge de la genèse de lexcitation une diminution de la vitesse de montée et depar dautres parties du système excitateur lamplitude du PA du nœud auriculo-ventriculaire (effetcardiaque. dromotrope négatif). A part cela, le gK sélève, entraînant une pente de dépolarisation lente plus faibleLe nerf vague (tronc gauche) retarde la (effet chronotrope négatif; D2 et E1) et la repolarisation du myocarde saccélère avec un abaissement de laconduction vers le nœud AV, alors que le 2+ concentration Ca intracellulaire. Les conséquencessympathique laccélère (cf. p. 164) : leffet en sont un effet inotrope négatif et un bouclage (re-dromotrope est respectivement négatif et entry) du phénomène au niveau myocardique. Danspositif. Le PDM (D3) et la vitesse dascension les cas extrêmes, il sensuit un arrêt du pacemakerdu potentiel daction sont modifiés par ces (paralysie cardiaque ou cardioplégie). Uneafférences (E2). Il faut aussi souligner le rôle hypokaliémie (massive) a un effet chronotrope et inotrope positif (E). Une hypercalcémie augmenteimportant joué par les modifications des probablement gK et raccourcit par là le potentielperméabilités gK et gCa. daction.Alors que le système de conduction est sous la La température influence aussi lexcitabilité cardiaque.dépendance du sympathique et du nerf vague La fièvre par exemple a des effets chronotrope positifpour le chrono- et le dromotropisme, la (E1) et inotrope négatif, le refroidissement (hypothermie) des effets chronotrope et dromotropecontractilité peut être augmentée par une négatifs (E1) et inotrope positif.stimulation directe sympathique du myocardeactif : cest leffet inotrope positif. Leffet Les perturbations du rythme cardiaque peuvent concerner les modifications dans la genèse desstimulant est dû à une augmentation de la impulsions comme la propagation de celles -ci (cf. p.concentration intracellulaire en Ca2+ (= [Ca2+]i). 174). La cause la plus importante du flutter et de la fibrillation ventriculaire (cf. p. 174) est certainementLe potentiel daction myocardique (cf. p. 42 et une boucle (re-entry, ré-entrée) de lexcitation (F) : une45) provoque la libération de Ca2+ du système des raisons de ce phénomène pourrait être parlongitudinal intracellulaire, mais en plus faible quantité exemple un blocage de lexcitation normotrope auque dans le muscle squelettique (cf. p. 34 et suiv.). niveau du passage entre le réseau de Purkinje et le 2+Pendant le PA, le Ca venant de lespace myocarde ventriculaire (F2). Cette excitation va alorsextracellulaire, entre dans les fibres myocardiques au se propager « à rebours » jusquà atteindre la zonemoyen des canaux calciques ; le PA est probablement normale dexcitation (FI et F3), laquelle va permettre lele facteur déclenchant de la libération des stocks de réacheminement dune nouvelle impulsion (F4). Dans 2+ 2+Ca intracellulaire. Lentrée de Ca de lextérieur de la le myocarde sain, ce phénomène est suivi dun 2+cellule augmente quand la [Ca ] extracellulaire est raccourcissement du PA (par exemple lors duneélevée, elle peut être facilitée par les récepteurs β1 hyperkaliémie) et aussi de la période réfractaire ce quiadrénergiques (effet inotrope positif direct permet cette « ré-entrée » (bouclage).sympathique) et peut être inhibée pharmacologi-
    • 168 Cœur et Circulation composition de vecteurs force, on peutLélectrocardiogramme (ECG) déterminer un vecteur somme (A). Le vecteurLe tracé électrocardiographique (ECG) est une somme des potentiels dexcitation cardiaqueforme de visualisation des tensions électriques varie tout au long du cycle dexcitation tant en(potentiels en mV; cf. p. 329) qui résultent de taille quen direction ; la pointe du vecteurlexcitation du cœur. Ces signaux sont obtenus résultant décrit une trajectoire en lacet (C). Leà partir de points bien précis situés sur la peau vectocardiogramme visualise directement ces(dérivations). LECG exprime donc les « lacets » sur lécran dun oscillographeévénements électriques de lexcitation cathodique.cardiaque et peut renseigner sur létat du cœur. Létude du décours temporel du vecteurla fréquence de battement, la nature et la résultant est obtenue en clinique par lexamengenèse du rythme, lextension et les effets de des dérivations des extrémités et deslexcitation, ainsi que sur les perturbations dérivations à partir de la paroi thoracique. Enéventuelles, que celles-ci soient dorigine dautres termes, chaque dérivation ECG donneanatomique ou mécanique, quelles concernent une image unidirectionnelle du vecteur résultantdes altérations tissulaires ou des perturbations et, de ce fait, deux dérivations (3 points aude la circulation sanguine. Les variations des moins) déterminent un plan dans lequel ellesconcentrations électrolytiques (cf. p. 166 et 172) indiquent lévolution du vecteur résultant (ilet les effets de certains agents sagit le plus souvent du plan frontal) ; unepharmacologiques (par ex. la digitaline) peuvent représentation tridimensionnelle du vecteurêtre détectés sur lECG. LECG napporte résultant nécessite au moins laddition duneaucune information directe sur la contraction dérivation à partir dun autre plan (cf. p. 171, F).proprement dite, ni sur la fonction de « pompe »du cœur. Pour analyser ces éléments, il faudrait Il faut encore ajouter que les amplitudes desrecueillir des informations sur la pression potentiels ne sont comparables dune dérivationsanguine (cf. p. 160), le débit sanguin (cf. p. à lautre que si la résistance entre le cœur et154) et les bruits du cœur (cf. p. 162). chacun des points de mesure est la même (elleOn admet que les potentiels dérivés à la surface dépend de la distance et de létat des tissus);du corps naissent à la limite entre ta zone cette condition est à peu près remplie pour lesexcitée et celle non excitée du myocarde, cest- trois dérivations standards des extrémités. Pourà-dire que la courbe ECG rend compte du la représentation vectocardiographique, lesmouvement de ce front dexcitation. Un différences de résistance doivent être corrigéesmyocarde non excité ou totalement excité se par laddition de résistances dans tes circuits demanifeste par un potentiel ECG nul (= ligne de mesure (dérivations orthogonales corrigées debase. cf. p. 170). Frank).Pendant la progression du front dexcitation àtravers le muscle cardiaque, se constituent des Les dérivations électrocardiographiquespotentiels de formes diverses qui se distinguent standards I, II, III de Einthoven (D) sont despar leur taille et leur direction. Ces grandeurs dérivations bipolaires dans le plan frontal. Pourorientées sont des vecteurs : ils sont les obtenir, on place des électrodes sur chacunreprésentés sur un graphique par des flèches des deux avant-bras et sur la jambe gauche. Onplus ou moins longues selon la valeur absolue examine lévolution temporelle de la différencedu potentiel ; la direction de ces flèches exprime de potentiel entre les deux bras (I). entre le brasla direction du potentiel (point de la flèche : +). droit et la jambe gauche (II), et entre le brasComme dans un parallélogramme de gauche et la jambe gauche (III) (D).
    • 170 Cœur et CirculationLes dérivations unipolaires de Goldberger conduction. Lintervalle QT dépend de lasont aussi des dérivations dans le plan frontal. fréquence cardiaque et sa valeur est de 0.35 àCes dérivations sont obtenues également à 0,40 s pour une fréquence de 75/min ; cest lepartir des deux bras et de la jambe gauche, temps nécessaire à la repolarisation descependant, ici, deux électrodes sont reliées ventricules.ensemble (par des résistances) et servent Selon les diverses dérivations ECG, le vecteurdélectrode de référence par rapport à la résultant instantané de lexcitation apparaîttroisième (E). La dénomination des électrodes « sous divers angles ». Une mesure de potentielde Goldberger est la suivante : aVR = bras droit sur une dérivation parallèle au vecteur résultant(El). aVL = bras gauche et aVF = jambe montre, de ce fait, lextension maximale degauche. celui-ci ; une dérivation orthogonale ne montre,Le tracé ECG (B) comporte plusieurs quant à elle, aucune extension (amplitudedéflections (ondes), une incursion vers le haut nulle). Dans les dérivations l-lll, le vecteur estétant notée positivement et vers le bas observé sous « trois faces » (D2 et D3) et pournégativement. Londe P ( < 0.25 mV. < 0,1 s) les dérivations de Goldberger sous « troistraduit la dépolarisation des oreillettes. Leur autres faces » (E).repolarisation nest pas visible car elle disparaît Si lon enregistre des événements contempo-dans les déflections suivantes. Londe Q rains dont les potentiels ont la même direction(amplitude < 1/4 de lamplitude de R), londe R sur deux dérivations (par exemple l et II), onet londe S (R + S > 0.6 mV) forment ensemble peut construire la projection du vecteur résultantle complexe QRS (< 0.1s) (on lappelle ainsi dans le plan frontal (par exemple pour lemême sil manque une composante) ; celui-ci complexe QRS) et connaître, de ce fait,traduit la dépolarisation des ventricules. Pour le lamplitude des potentiels dans les autrescomplexe QRS, la convention veut que toute dérivations du même plan frontal (par exemplepremière détection négative soit notée par Q, III; D2 et D3). Un procédé analogue permet detoute déflection positive (avec ou sans onde Q déterminer « laxe électrique du cœur ». Onprécédente) soit notée R, et toute déflection entend par ce terme le vecteur QRS moyen quinégative suivant londe R soit appelée S. Ceci représente à peu près laxe anatomique dupeut donner une situation dans laquelle des cœur lorsque lexcitation se propage de manièredéflections de QRS portant la même appellation normale.ne sont pas synchrones sur toutes lesdérivations. Puis survient londe T qui traduit la Le potentiel moyen du QRS se calcule exacte- ment à partir de la somme des surfaces desrepolarisation des ventricules. Bien que la ondes Q, R et S. Les ondes négatives sontdépolarisation et la repolarisation soient des déduites des ondes positives. En pratique, ilévénements opposés, londe T est de même suffit de calculer la somme des amplitudes designe que londe R (positive dans la plupart des ces ondes. Si le calcul est fait sur deuxcas), ce qui indique que la formation de dérivations (par exemple : dérivation l : 0,5 mV -lexcitation et son extension se font de manière 0,5mV = 0 mV et dérivation II : + 1.1 mV; G1),différente. on peut construire « laxe électrique du cœur »Lespace PQ et lespace ST (B) sont (les valeurs dune troisième dérivation, la IIInormalement proches de la ligne de base du dans lexemple choisi, ne seraient daucunetracé (0 mV). Les oreillettes totalement utilité car elle est déterminée par différence de Idépolarisées (espace PQ) ou les ventricules et II).totalement dépolarisés (espace ST) ne pro- Le « domaine » normal de « laxe électrique duduisent aucun potentiel dérivable à lextérieur du cœur » (H) sétend de la verticale (α = + 90°)corps. Lintervalle PQ ( < 0.2 s ; B et cf. p. 165, vers le bas, à un peu plus que lhorizontale enC) représente le temps écoulé entre le début de remontant vers la gauche (α = + 30° ; tableaulexcitation des oreillettes et celui des angulaire, E3).ventricules, on lappelle aussi le temps de
    • 172 Cœur et CirculationNormalement, on distingue le type droit : peut alors correspondre à : 1) une pression ventriculaire exagérée, 2) un bloc de branche,α = + 120° à + 90° (fréquent chez lenfant, il 3) leffet des digitaliques. La durée du QRS etpeut être déjà pathologique chez ladulte) ; le lintervalle QT permettent de différencier ces castype vertical : α = + 90° à + 60° (G1 ) ; le type (J).indifférencié ou type habituel : α = + 60° à + 30° Lors de linfarctus (infarctus myocardique),(G2) ; enfin le type horizontal : α = + 30° à -30° la circulation dune portion bien précise du myocarde(G3). En pathologie, dominent la rotation axiale est interrompue. Au centre de linfarctus, le muscledroite (H) (α = 120°, lors de la surcharge meurt (nécrose) ; il ne peut plus être le siège dunechronique du cœur droit, par exemple à la suite dépolarisation. Ainsi, durant les premières 0,04 s dede certaines affections pulmonaires) et la lexcitation ventriculaire, naît un vecteur « particulier »rotation axiale gauche (H) (a plus négatif que - (vecteur 0,04) qui « désigne » linfarctus. Comme linfarctus siège le plus souvent sur le cœur gauche, et30°, lors de la surcharge du cœur gauche, par que le vecteur QRS moyen « pointe » aussi vers laexemple lors de lhypertension artérielle ou lors gauche, le vecteur « 0,04 » est en opposition avec ledes défaillances valvulaires aortiques). vecteur QRS moyen (K) ; ainsi par ex. lorsque londe RLes six dérivations unipolaires précordiales positive est grande, il y a également une onde 0V1 à V6 de Wilson, associées à celles précé- négative plus large et plus profonde que la normale (K2). Entre le myocarde mort et lenvironnement saindemment décrites, permettent de rendre compte se trouve une région mal perfusée dont, pardu vecteur résultant en trois dimensions. Elles conséquent, lexcitabilité est perturbée. Sa repo-sont enregistrées à partir du thorax le long dune larisation modifiée conduit souvent dans ce cas à uneligne à peu près horizontale (F). Lélectrode inversion de londe T (négative dans beaucoup deindifférente est constituée par la réunion des dérivations) ; on dit que londe T « montre » la zonetrois dérivations des extrémités (F1). Ces ischémiée de linfarctus (K). En outre, durant le stadedérivations précordiales permettent de aigu de linfarctus, lespace ST est souvent au-dessus (sus-décalage) ou au-dessous (sous-décalage) de lavisualiser tout particulièrement les vecteurs à ligne de base (« potentiel de lésion » de la « zoneorientation dorsale ; ces vecteurs ne produisent lésée »). Le potentiel de lésion de la régionque des déflections minimes, sinon nulles, dans endommagée déforme lensemble QRS-T dans le sensle plan frontal. Etant donné que le vecteur QRS dun potentiel daction monophasique myocardique (cf.moyen pointe vers le bas, en arrière et à p. 31, A3). On donne à ce potentiel le nom de «gauche, le thorax (représenté schématiquement déformation monophasique de lECG de linfarctuscomme un cylindre à grand axe vertical) est récent » (K1). La première anomalie à se normaliser est le sus ou le sous-décalage de ST (K2) ; londe Tpartagé en deux moitiés par un plan anormale reste visible durant plusieurs mois (K2).perpendiculaire au vecteur QRS moyen, une Londe « Q de 0,04 s » (Q profond et large) diminuemoitié positive et une moitié négative (F4). De très progressivement (K2) ; elle reste ainsi visible desce fait, le vecteur QRS est le plus souvent années après linfarctus (K3).négatif en V1 – V3 et positif en V5-V6.Dans certains cas particuliers, on peut ajouter ECG et électrolytes sériquesaux 12 dérivations standards déjà citées les Les modifications de concentration de K+ oudérivations suivantes : a) enregistrement de Ca 2+ sérique entraînent des modifications«derrière le cœur» par une électrode déglutie, dexcitabilité du myocarde et de ce fait « perturbent »placée dans le tube digestif, b) sur dautres lECG : si [K+] > 6,5 mmol/l, londe T saccroît enparties du thorax, notamment dans le dos à amplitude et devient plus pointue, les troubles de lagauche (V7 – V9) ou sur le thorax à droite (Vr3 conduction accroissent la durée de QT, le QRS devient « empâté » et, dans les cas extrêmes, on assiste– Vr6 (F3). même à une « pause » cardiaque (arrêt du pacemaker,La repolarisation du ventricule est à lorigine cf. p. 166). Si [K+] < 2,5 mmol/l, on constate un sous-dune boucle vectorielle propre (C) qui donne décalage de ST, une onde T biphasique (dabord +,londe T sur les dérivations. On peut construire ensuite -) et une onde positive supplémentaire endans lespace un vecteur T. Il fait normalement forme de U apparaît (onde U suivant londe T). Si 2+ [Ca ] > 2,75 mmol/l ( > 5, 5 meq/l), lintervalle QT etun angle de moins de 60° avec le vecteur QRS 2+ par là même ST se raccourcissent. Si [Ca ] < 2,25moyen. Avec lâge, cet angle souvre ce qui mmol/l ( < 4,5 meq/l) lintervalle QT sallonge.semble résulter dune carence en O2 du cœur.Un angle QRS-T de 180° est pathologique et
    • 174 Cœur et CirculationTroubles du rythme cardiaque une fréquence sinusale basse, lexcitation sinusale consécutive est transmise normalement aux(arythmies) ventricules : on parle dextrystole interposée (B2). SiLes troubles du rythme sont le résultat de la fréquence sinusale est plus élevée, limpulsionperturbations dans la formation ou la conduction sinusale suivante arrive pendant la période réfractaire du myocarde, aussi seule limpulsion sinusalede lexcitation cardiaque. Leur diagnostic se fait ultérieure sera efficace : on a alors une pausepar lexamen de lECG. Les perturbations de la compensatoire. Ici RRES + RESR = 2 RR.formation de lexcitation se traduisent par unemodification du rythme sinusal. Lorsque la La tachycardie ventriculaire est le résultat dune succession dexcitations (ectopiques) ventriculaires àfréquence sinusale de repos dépasse 100/min, rythme élevé (B3). Le remplissage des ventricules et[exercice, excitation psychique, fièvre (augmen- les possibilités déjection cardiaque diminuent. Il peuttation de 10 battements/min pour 1 °C). hyper- en résulter une fibrillation ventriculaire, cest-à-dire desthyroïdie, etc.] on parle de tachycardie sinu- pulsations non coordonnées dans le temps et danssale (A2) ; lorsquelle tombe en dessous de lespace au niveau des différentes parties du myocarde50/min, il sagit dune bradycardie sinusale. (B4). En labsence de mesure thérapeutique, cetteDans ces deux cas, le rythme est régulier, alors situation a les mêmes conséquences funestes quun arrêt cardiaque, car la circulation est interrompue. Laque ce rythme oscille lors de larythmie fibrillation ventriculaire naît principalement lorsquunesinusale, ce qui se produit surtout chez les extrasystole survient dans la « période vulnérable »adolescents et est lié à la respiration : linspira- du cycle cardiaque, correspondant à la périodetion accélère le rythme, lexpiration le ralentit. réfractaire relative contemporaine de londe T deMême lorsque lexcitation a lieu normalement dans le lECG. Les potentiels daction apparaissant durantnœud sinusal (excitation nomotope. A). des excitations cette phase : a) montrent une pente moins accentuéeanormales (hétérotopes) peuvent naître dans et sont de ce fait transmis plus lentement, et b) sont deloreillette, dans le nœud AV ou dans le ventricule. Les plus courtes durées. Lensemble de ces propriétésimpulsions dun foyer ectopique auriculaire (ou nodal) détermine les possibilités de lexcitation myocardiquesont conduites aux ventricules qui échappent de ce fait répétée de parvenir dans des zones toujours ré-excita-au rythme sinusal : larythmie supraventriculaire est bles (« ré-entrée » ; cf. p. 167, F). La fibrillationla conséquence dextrasystoles (ES) auriculaires ou ventriculaire peut aussi résulter dune électrocution, etnodales. peut être traitée avec succès à laide dun choc électrique adéquat (défibrillateur).Lors dune ES auriculaire, l’onde P de lECG estdéformée mais le complexe QRS est normal. Lors Des arythmies peuvent aussi avoir pour originedune ES nodale, la stimulation auriculaire est un trouble de la conduction dans le nœud AVrétrograde : londe P en principe négative, est soit (bloc AV) ou dans un branche du faisceau demasquée par londe QRS, soit apparaît juste après le His (bloc de branche gauche ou droit).complexe QRS (B1 à droite). Dans les ESsupraventriculaires, le nœud sinusal se dépolarise 1) Dans le bloc du 1er degré, on a un simpleaussi assez fréquemment, en conséquence lintervalle ralentissement de la conduction AV (intervalleentre londe R de lES (= RES) et londe R consécutive PQ > 0,2 s);normale est augmenté par un intervalle de temps, 2) dans le bloc du 2e degré, seule une excitation sur 2requis pour que limpulsion se déplace du foyer ou 3 franchit te nœud AV ; enfin eectopique jusquau nœud sinusal : cest lintervalle 3) dans le bloc du 3 degré, aucune excitation nepostextrasystolique. On a alors RESR > RR et (RRES + parvient au myocarde ventriculaire : on a un blocRESR) < 2RR (B1). complet (B5) qui se traduit par des pauses cardiaques temporaires (syndrome dAdam-Stokes). DesDans la tachycardie auriculaire (foyer se dépolarisant entraîneurs ventriculaires assurent la rythmicité car-à > 180 /min ; onde P remplacée par une ligne de base diaque dans ce cas (bradycardie ventriculaire avecirrégulière), le ventricule peut suivre le rythme fréquence auriculaire normale). Il sensuit unedexcitation jusquà une fréquence de 200/min. Pour e indépendance totale entre les ondes P de lECG et lesdes fréquences plus élevées, seule chaque 2 ou 3® complexes QRS (B5). Lorsque la fréquence sinusaleexcitation est transmise, les impulsions intermédiaires de repos est de 60 à 80/min, celle du cœur décroîtarrivant lors de la période réfractaire (cf. p. 26) du jusquà 40-60/min si le nœud auriculo-ventriculairenœud AV. De telles fréquences auriculaires (jusquà e prédomine (B5). Lorsque le bloc est total (bloc du 3350/min) sont appelées flutter auriculaire. Lors de la degré), le « foyer » ventriculaire fixe la fréquencefibrillation auriculaire, les décharges du foyer cardiaque entre 20 et 40/min. Ces blocs sont unepeuvent atteindre 500/min, mais seules quelques indication formelle pour lutilisation thérapeutiqueimpulsions occasionnelles sont transmises. Lexcitation dentraîneurs artificiels (pacemakers artificiels).ventriculaire est alors totalement irrégulière (arythmietotale). Un bloc de branche se traduit par une importante déformation de lECG car la portion du myocardeUne stimulation ectopique peut aussi naître dans le concernée par le bloc est excitée par des voiesventricule : on parle dextrasystole ventriculaire (B2, anormales à partir du côté sain.B3). Le complexe QRS de l’ES est alors déformé. Pour
    • 176 Cœur et CirculationRégulation de la circulation ce qui veut dire que la perfusion varie enLa régulation de la circulation a pour objet de fonction de la consommation dO2 du tissu. Parprocurer à toutes les parties du corps assez de contre, dans le poumon, la chute de PO2 danssang, que lindividu soit au repos ou au travail, lenvironnement du vaisseau se traduit par uneet quelles que soient les conditions ambiantes constriction de ce dernier : il en résulte que le(cf. aussi p. 48 et p. 154). Pour ce faire, il faut a) flux sanguin est dévié vers des zones pulmo-assurer une perfusion minimale à chaque naires « plus riches en O2 », ce qui va dans leorgane, b) garantir la régulation de la fonction sens dune amélioration de la prise en chargecardiaque et de la pression artérielle de lO2 au niveau du poumon (cf. p. 94).(homéostasie) et c) assurer la répartition du c) Une augmentation locale des métabolitesdébit sanguin au profit des organes en activité (CO2,Ca+2.ADP.AMP.adénosine.etc.) et, dune(par exemple les muscles) et aux dépens des façon plus générale, les substances à effetorganes au repos (par exemple le tube digestif osmotique (K+), accroît la perfusion, effet quiet les reins ; cf. p. 48) ; une perfusion maximale participe au réglage de lévacuation de cessimultanée de tous les organes (A) dépasserait produits. Ces effets métaboliques ajoutés àles capacités du cœur. ceux de la carence en O2 expliquent quaprèsLe contrôle de la perfusion des organes se un blocage de lirrigation sanguine (garrot, etc.),fait dabord par une modification du diamètre laugmentation de la perfusion peut être multi-des vaisseaux. Létat de tension (« tonus ») de pliée par 5 par rapport à la valeur de repos, dèsla musculature des vaisseaux est sensible 1 ) à lors que le blocage est levé (hyperémiedes facteurs locaux, 2) à des signaux réactionnelle).nerveux ou 3) hormonaux. La plupart des d) Les substances vasoactives (« hormonesvaisseaux sont, au repos, dans un état de tissulaires ») telles que la kallicréine, la bradyki-tension moyenne (« tonus de repos », C). La nine, lhistamine (vasodilatateurs) et langioten-dénervation provoque un élargissement partiel sine II (vasoconstricteur ; cf. p. 152), peuventdes vaisseaux («tonus de base », C). Le tonus être déversées en un lieu donné aussi biende base résulte de la dépolarisation spontanée sous leffet de facteurs locaux que nerveux. Cesde la musculature vasculaire (cf. aussi p. 44). produits peuvent, en outre, être véhiculés par la1. La régulation circulatoire locale (auto- circulation et agir à distance comme signauxrégulation) a deux fonctions : hormonaux au même titre que les catéchola- mines, et elles peuvent participer à la régulationa) dune part, lorsque la demande de lorganeperfusé est constante, lautorégutation sert à du flux de perfusion, à distance de leur lieu de libération.assurer une perfusion constante quelle que soitla pression artérielle (par exemple Les débits sanguins cérébral et coronairevasoconstriction lors de laugmentation de la sont exclusivement sous contrôle métaboliquepression artérielle dans les reins; cf. P. 122): local (points 1b et 1c).b) dautre part, la deuxième fonction de 2. Le contrôle nerveux du diamètre deslautorégulation est dajuster la perfusion à vaisseaux (en premier lieu des artérioles)lactivité de lorgane, cest-à-dire dajuster la passe, sauf rares exceptions, par le sympa-perfusion à la demande (autorégulation thique (cf. p. 53), dont les terminaisons post-métabolique). Dans le cas du muscle cardiaque ganglionnaires ont un effet sur les récepteurs aou du muscle squelettique par exemple, la (ai : cf. p. 56) (vasoconstricteurs, C) et sur lesperfusion peut augmenter de plusieurs fois la récepteurs β2 ( vasodilatateurs).valeur de la perfusion de repos (A et B). Les récepteurs α se trouvent principalement dans lesMécanisme de lautorégulation reins et la peau, les récepteurs β2 dans les muscles squelettiques alors que les vaisseaux du tractusa) Effets myogènes (dépendant de la mus- digestif et du cœur possèdent autant de récepteurs αculature des vaisseaux) : un élargissement des que de récepteurs β. Dans la peau (et les reins?) seulevaisseaux sous leffet de laugmentation de la une vasoconstriction est possible (C, à droite) tandispression sanguine provoque une contraction de que dans les muscles, les intestins, etc., les vaisseauxla musculature vasculaire (par exemple : reins, peuvent soit se distendre, soit se contracter (C, àcerveau mais pas la peau). gauche). Les récepteurs β des muscles squelettiques sont moins sensibles aux influences nerveuses quàb) Effets de la carence en O2 : généralement, ladrénaline circulant dans le sang (cf. p. 56 et suiv.).la carence en O2 provoque une vasodilatation,
    • 178 Cœur et Circulation catécholamines sécrétées par les surrénales.La coordination nerveuse de la perfusion Ladrénaline est vasodilatatrice à faible concentrationdes organes se fait principalement par deux (récepteurs β2) et constrictrice à forte concentration (récepteurs α, cf. voir aussi p. 58). La noradrénalinevoies : a) par coactivation dorigine centrale : nagissant que par les récepteurs α est exclusivementlors dune activation dun groupe musculaire, le vasoconstrictrice (C).cerveau envoie aussi des impulsions aux Le contrôle central de la circulation siège danscentres régulateurs de la circulation (D) ; ou le SNC, dans le bulbe et dans le pont (cf. p. 272). Cestb) par voie réflexe à partir des organes dont là quaboutissent les voies qui viennent deslactivité et le métabolisme se sont modifiés. récepteurs du système à haute pression [récepteursLorsque des influences locales et nerveuses sensibles à létirement ou à la pression dans laorte etsont en conflit, par exemple la stimulation les carotides, RD en D). les voies qui viennent des récepteurs du système à basse pressionsympathique durant le travail musculaire, les in- (récepteurs sensibles a létirement dans la veine cavefluences métaboliques prédominent. et dans les oreillettes ; RA + RB en D) et les voies quiLa perfusion du cerveau et du muscle viennent des récepteurs du ventricule gauche (RV).cardiaque dépend presque exclusivement des Ces récepteurs évaluent la pression artérielle, la fréquence cardiaque (RD et RV) et la pression defacteurs locaux métaboliques, alors que la remplissage du système à basse pression (par làperfusion de la peau est essentiellement sous même le volume sanguin) : récepteurs A (RA) lors dele contrôle du système nerveux central, et ceci la contraction auriculaire et récepteurs B (RB) lors duprincipalement à des fins thermorégulatrices (cf. remplissage passif (D). Aux perturbations de cesp. 194). grandeurs, les zones concernées du SNC (centre circulatoire) répondent par lenvoi dimpulsions vers leLorsque la température est très basse, la cœur et les vaisseaux (E).vasoconstriction dorigine thermique au niveau Dans le « centre circulatoire », se trouve, en positionde la peau, est périodiquement levée (réaction latérale, une « zone pressogène » (D), dont lesde Lewis), pour éviter des lésions tissulaires. neurones envoient continuellement des impulsions auOn pense que les effets directs de la cœur et aux vaisseaux par le système sympathique ;température sur les vaisseaux sanguins aussi celui-ci exerce donc une action stimulante sur le cœurbien que le réflexe daxone jouent un rôle (fréquence et force de contraction) et une actionimportant dans ce mécanisme, par exemple une vasoconstrictrice (tonus de repos; C). « Les zonesimpulsion afférente venant de la peau retourne pressogènes » sont en étroites liaisons avec le champ des neurones dépresseurs situés au milieu du « centreà la périphérie par des fibres nerveuses circulatoire » (D) ; les deux « zones » (pressogène etefférentes. Lérythrodermie due au grattage dépressogène) sont aussi reliées aux noyaux du nerf(dermographisme) est provoquée par un vague, dont lexcitation conduit à une diminution demécanisme analogue. En plus, lors dun déficit fréquence et à un allongement du temps de conductiondu volume sanguin, la peau fait office de dans le cœur (D).réservoir de sang (pâleur cutanée due à la Les impulsions afférentes des circuits réflexes demobilisation du sang hors de la peau ; cf. p. lhoméostasie circulatoire passent par des voies qui186). vont des barorécepteurs de laorte et des carotides vers les centres nerveux (E) ; ces impulsions main-Les récepteurs α et β des veines (vaisseaux tiennent en premier lieu la pression artérielle à uncapacitifs) contrôlent le volume et par là-même niveau fixe (régulation de la pression artérielle). Unele débit de retour de sang au cœur (cf. p. 184). hyperpression aigue augmente la fréquence de décharge dans ces neurones et active le champIl existe une voie nerveuse vasodilatatrice particulière dépresseur où naît la réponse réflexe (dépressive) : a)aux mammifères qui contrôle les anastomoses AV au par le nerf vague, elle diminue la vigueur du cœur et b)niveau des muscles squelettiques ; elle suit le trajet par une inhibition de linnervation vasculairedes faisceaux sympathiques en périphérie, mais est sympathique sinstalle une vasodilatation, qui entraînecholinergique dans sa portion postganglionnaire (cf. p. en conséquence une diminution des résistances53). La perfusion augmente grâce à cette voie juste au périphériques. Ces deux effets conduisent à une chutemoment de la mise en jeu des muscles de la pression qui était anormalement élevée au départsquelettiques (réaction de préparation ou de (E. schéma de droite). Inversement, une chute dedémarrage). Cette voie est actuellement incertaine pression sanguine active le système pressogène, cechez lhomme. Une dilatation vasculaire contrôlée par qui entraîne une augmentation du débit et unele système parasympathique a lieu au niveau des augmentation de la résistance périphérique, de telleorganes génitaux (érection), dans certains vaisseaux sorte que la pression se rétablisse. Cest grâce auxde larachnoïde et dans les glandes salivaires et propriétés des récepteurs sensibles aux différences desudorales (de manière indirecte par la kinine). pression (cf. p. 276) que peut seffectuer3. Un contrôle humoro-hormonal du diamètre lautorégulation de la pression sanguine ;vasculaire se fait par lintermédiaire des
    • 180 Cœur et Circulationcette autorégulation concerne les variations (hypertension de « résistance » ou hypertensionbrutales ou aiguës de pression qui se mécanique). Comme les différents types dhypertension provoquent des lésions desproduisent par exemple lors des changementsposturaux (passage de la position couchée à la parois artérielles dont les résistancesposition debout) du fait des nouvelles augmentent, lhypertension de type (a) se transforme dans le temps en hypertension derépartitions du sang. Le retour veineux modifiépar ces processus conduirait à des oscillations type (b) ; il sétablit donc, quelle que soitimportantes de la pression artérielle si ces lorigine de lhypertension, un cercle vicieux.réflexes dhoméostasie circulatoire navaient Le CEC devient plus important si lentrée depas lieu (réaction orthostatique . cf. p. 184). De NaCI (et deau) est augmentée. Pour restaurermême, une augmentation de PO2, ou une chute la balance hydrosodée, un rein normal excrètede PCO2 dans le sang conduisent à une réaction davantage de Na+ et deau, si bien que lapressogène, cest-à-dire à une augmentation de pression artérielle nest que légèrementla pression artérielle indispensable dans ce cas augmentée par la suite. Ainsi, lhabitude assez(il faut noter que les centres circulatoire et répandue davoir une alimentation trop riche enrespiratoire sont étroitement liés). NaCI est tenue pour responsable des formesCependant, si la pression sanguine est élevée les plus communes dhypertension appeléede manière chronique (hypertension artérielle essentielle ou hypertension primaire (mis à= HTA), cette pression excessive est soumise, part les formes dhypertension liées à unepar le réflexe circulatoire, à une stabilisation, ce vasoconstriction dorigine inconnue ou liées àqui empêche les hypotenseurs dagir sur lHTA dautres facteurs). Laugmentation de lexcrétionchronique ; ils contribuent plutôt à la stabiliser. de NaCI par diminution de la libération daldostérone (cf. p. 141, A3) est difficilementUne augmentation transitoire du retour veineux réalisable dans ce cas puisque la concentration(par exemple lors dune perfusion intraveineuse)conduit à une stimulation de laction cardiaque plasmatique de lhormone est déjà pratiquement(E, schéma de gauche). La signification physio- nulle lors dun apport normal en NaCI.logique de cette action réflexe, appelée réflexe Une hypertension de « volume » se produitde Bainbridge, nest pas évidente. Ce réflexe également si, consécutivement à une insuffi-complète sans doute le mécanisme de Frank- sance rénale par ex., un apport relativementStarling (cf. p. 182 et suiv.). faible de NaCI ne peut plus être équilibré ou si une tumeur surrénale produit de manière in- contrôlée une trop grande quantité daldosté-Hypertension rone, amenant ainsi une rétention de Na+. Parmi les causes connues dhypertension arté-Lhypertension caractérise une élévation rielle liée aux résistances périphériques, on peutchronique de la pression sanguine artérielle citer par ex. le phéochromocytome, tumeursystémique. Le critère décisif est, en règle produisant des catécholamines.générale, lobtention dune pression diastoli-quesupérieure à 12 kPa (90 mmHg) pour des Si le débit sanguin rénal est diminué dans lemesures répétées effectuées au repos par la rein (suite à une sténose de lartère rénale parméthode de Riva-Rocci (cf. p. 160). Le non- ex.) ou dans les deux (suite à une sténose detraitement ou un traitement inadéquat de listhme aortique), la libération de rénine estlhypertension ne provoque pas seulement une accrue dans le(s) rein(s) touché(s). Ceci amènesurcharge et un dommage permanent du une plus grande production dangiotensine II (cf.ventricule gauche, mais également une p. 152) et donc une hypertension deathérosclérose et ses conséquences (infarctus «résistance». Langiotensine II augmentedu myocarde, attaque. lésion rénale, etc.), tout également la libération daldostérone, ce quiceci aboutissant à une diminution de la durée provoque une rétention de Na+ (cf. p. 150) etde vie dune part importante de la population. consécutivement, par accumulation hydrique, une hypertension de « volume ». Quand laLhypertension peut avoir pour cause : sténose dune artère rénale nest pas traitée,a) une augmentation du volume du compar- lhypertension rénale provoque également destiment extracellulaire (CEC) et une augmen- lésions au niveau des vaisseaux du rein sain,tation consécutive du débit cardiaque aggravant par là même lhypertension.(hypertension de « volume ») ou, b) uneaugmentation des résistances périphériques
    • 182 Cœur et CirculationRelations pression-volume combinaisons de variations concomitantes de pression et de volume (contraction auxo-tonique). Le graphe MAventriculaires est la ligne qui relie le point isovolumétrique (A2, pointLa relation tension-longueur d’un muscle (cf. p. T) et le maximum isotonique (A2, point M)40 et suiv.) peut se transposer au niveau du correspondant à un remplissage donné. Les variationscœur et être décrite sous la forme dune relation de volume de remplissage (Al) comme celles de contractilité déplacent la courbe MA (cf. p. 184).volume ventriculaire (qui exprime la longueurdu muscle) - pression intra-ventriculaire (qui Boucle pression/volume. Si lon traite les valeurs deexprime la tension du muscle). Si lon reporte pression et de volume dun cycle cardiaque effectif à lales variations du volume et de la pression manière dun diagramme de travail établi en fonction de la pression et du volume, on obtient pour ledurant tout un cycle cardiaque sur un ventricule gauche le cycle suivant (A2 et cf. p. 162 etdiagramme pression/volume, on obtient le suiv.) : le volume en fin de diastole est de 130 ml (VTD ;diagramme du travail du cœur (Frank, 1895) A2 point A). Durant la phase de contraction, la(A2, points A-D-S-V-A pour le ventricule pression ventriculaire augmente de manièregauche). isovolumétrique (toutes les valvules sont fermées) jusquà ce que la pression ventriculaire atteigne laPour construire le diagramme du travail valeur de la pression aortique (ici 10.7 kPa. soitcardiaque, il faut connaître les courbes pres- 80mmHg; A2, point D). Pendant la phase déjection, lasion/volume suivantes : pression continue à croître du moins au début, alors que le volume ventriculaire décroît dun volumea) La courbe de « longueur de repos » équivalent au volume déjection (/ES). Lorsque laindique les pressions qui se forment passive- pression maximale est atteinte (pression systolique ;ment (en labsence de contraction musculaire) A2. point S), le volume ne change presque plus, maispour divers volumes de remplissage du ventri- la pression chute jusquà devenir inférieure à lacule (A1 et A2. courbe bleue). pression aortique (A2, point K). Durant la phase de relaxation, la pression chute (volume constant) jusquàb) La courbe des maxima isovolumétriques 0 (A2, point V). Il ne reste dans le ventricule que le «(A1 et A2, courbe verte) est obtenue volume résiduel » (volume télésystolique. VTS ; dansexpérimentalement puisque la variation de pres- lexemple = 60ml). Durant la phase de remplissage, lasion ventriculaire maximale se produit en situa- pression ventriculaire monte à nouveau peu à peu (selon la courbe détirement de repos).tion isovolumique, cest-à-dire en labsencedéjection cardiaque. Elle dépend du volume de Ladaptation du cœur aux modifications de remplissage ventriculaire (précharge) et de pressionremplissage (Al, flèches verticales). Cette aortique (postcharge) est assurée de manièrecourbe sélève si la contractilité est accrue (cf. automatique par les variations de tension de reposp. 185. C3). (longueur des fibres myocardiques) : mécanisme dec) La courbe des maxima isotoniques (A1 et Frank-Starling (cf. p. 184).A2, courbe violette) : léjection est contrôlée Étant donné que le travail (N.m) est le produit dune 2 3 pression (N.m- ) par un volume (m ), la surface(expérimentalement) de manière à ce que la comprise dans le tracé représente la relationpression soit constante durant la diminution de pression/volume du cycle cardiaque (A2. points A-D-S-volume ventriculaire (isotonie; A1, flèches V-A) et exprime le travail de la fonction cardiaquehorizontales). Elle dépend aussi du volume de (travail = P • V). Cest le travail fourni par le ventriculeremplissage. gauche (A2) durant la systole. La surface comprise sous la courbe détirement de repos (A2) exprime led) La courbe de maximum auxotonique (courbe travail de remplissage diastolique.MA) pour chaque volume de remplissage (A1, et A2,courbe brune). La systole (cf. p. 162) comprend une Il faut ajouter au travail systolique (P • V) de chacunphase de contraction isovolumétrique (A2. A-D), qui des ventricules (environ 1,1 J au repos) environ 20%est suivie dune phase déjection auxotonique (le (soit 0,22 J) qui représentent le travail de onde devolume ventriculaire décroît mais la pression continue pression (dilatation des parois des vaisseaux). Lade sélever ; A2, D-S). Laddition de ces deux types de quantité de travail absorbée par laccélération du sangcontractions (A2. A-D-S) porte le nom de contraction (inertie) est négligeable au repos (1 % du travail P • V)auxotonique (cf. p. 40). Pour un certain volume de mais augmente lorsque la fréquence cardiaque estremplissage (A2. A) son maximum change (A2, S), élevée.celui-ci dépendant de la pression aortique La puissance totale développée au repos par le cœurtélédiastolique (A2, D), mais tous ces maxima sont est denviron 1,5 W.situés sur la courbe MA. La courbe MA comporte lesvaleurs pression/volume qui résultent de toutes les
    • 184 Cœur et CirculationAdaptation du cœur aux modifications du Les veinesremplissage Le sang venant des capillaires se rassemble dans lesTandis que ladaptation de lactivité cardiaque aux veines et est ramené vers le cœur, Les forces debesoins doxygène de lorganisme est sous contrôle propulsion du flux veineux sont les suivantes :extrinsèque (nerfs cardiaques ; cf. p. 164 et suiv., p.178 et suiv.), ladaptation du volume déjection aux a) le résidu de pression artérielle maintenu au-delà dumodifications de remplissage (liées à la position du réseau capillaire (vis a tergo, soit 15mmHg = 2 kPa),corps, à la respiration) et de la pression aortique est un b) l’effet de succion dû à l’abaissement du planchermécanisme autonome intrinsèque et dépend de des valvules au moment de la contraction cardiaque,létirement télédiastolique des fibres ventriculaires (cf.p. 41 et suiv.) : cest la loi du cœur ou mécanisme de c) la pression exercée sur les parois des veines lors deFrank-Starling. la contraction des muscles squelettiques (« pompe musculaire ») ; tout mouvement du sang à contre-Lorsque le remplissage (précharge) augmente (C1), la courant est empêché par la présence de valvules dansphase de mise en tension représentée sur la courbe de les veines.tension de repos (longueur au repos) est déplacéevers la droite (C1. point A1). De ce fait, le volume d) durant linspiration se produisent simultanément unedéjection systolique (et le travail du cœur) augmente, hyperpression dans labdomen et une dépression danset le volume télédiastolique (VTS) augmente lui aussi la cage thoracique (pression intrapleurale ; cf. p. 80),légèrement. ce qui conduit à une dilatation veineuse dans le thorax et à une aspiration du sang (cf. p. 160).Lorsque la pression aortique (postcharge)augmente (C2), les valvules sigmoïdes aorti- Lors dun changement de position, de la positionques souvrent pour une pression ventri-culaire couchée à la position debout par exemple (orthostatisme), les vaisseaux des jambes seplus élevée (C2, point D). Pendant la phase surchargent sous leffet de la colonne de sang, cest-à-transitoire dadaptation, le volume déjection est dire sous leffet de la pression hydrostatique. Celamoindre (VESh). Il sensuit que le VTS augmente entraîne une dilatation veineuse grâce à lextensibilitépour atteindre VTSh (C2). Le remplissage des veines, laquelle est bien supérieure à celle desdiastolique suivant déplace alors le début de la artères, et une rétention denviron 0,4 l de sang. Cettephase de mise en tension vers la droite (C2, quantité de sang est en quelque sorte retirée dupoint A2). Le volume déjection systolique se volume sanguin directement utile à la circulation («volume de sang central»). Il en résulte une baisse dunormalise alors (VES2) malgré laugmentation de retour veineux au cœur gauche, et une chute dula pression aortique (D2). Le VTS est alors volume déjection systolique et par là-même du débitrelativement augmenté (VTS2). cardiaque. Pour éviter une trop forte chute de pressionLe mécanisme de Frank-Starling a pour but sanguine consécutive à ce changement de positionprincipalement d’égaliser simultanément les volumes (cest-à-dire pour éviter un collapsus orthostatique), ladéjection systolique des deux ventricules afin déviter, résistance périphérique et la fréquence cardiaquedans la circulation pulmonaire, toute stase (œdème augmentent de manière réflexe (réflexe orthostatique).pulmonaire) ou pompage inutile, lesquels auraient une La rétention de sang dans les jambes est plussuite fatale. importante lors de la simple station debout que lors de la marche (pompe musculaire ; voir ci-dessus).La contractilité du muscle cardiaque peut être Inversement, lors de la station debout, il se produit uneaugmentée de manière extrinsèque (effet inotrope baisse de pression dans les veines céphaliques.positif; cf. p. 166). Lun de ces effets est de déplacer Cependant le « point indifférent » de la pressionle maximum de la contraction isovolumétrique (C3). Le veineuse ne se modifie pas en dessous du diaphragmecœur peut alors travailler contre une pression plus lors des changements de position.élevée (C3, point D3), et/ou aux dépens du VTSaugmenter le VES (VES4) sans modification de pression. La pression veineuse centrale (pression dans loreillette droite, normalement de 0 à 12cm H2O =Pendant un étirement passif au repos, seule la force 0-1,2 kPa) dépend surtout du volume de sang. Sa(ou tension) du muscle cardiaque est modifiée (B1) ; la mesure est utile pour surveiller, en clinique, lesvitesse de raccourcissement, quant à elle, varie par variations de volume sanguin (par exemple lors desaction inotrope positive de la noradrénaline ou par perfusions). Une augmentation de la pression veineuseaugmentation de la fréquence cardiaque (B2, change- centrale (20cm H2O = 2 kPa) se produit en casments de fréquence ; cf. p. 166). La dérivée en dinsuffisance cardiaque, lorsque leffet de pompage dufonction du temps de la pression ventriculaire pendant cœur est insuffisant ; ceci se rencontre en pathlogie et,la contraction isovolumétrique (dP/dt max.) est dans les conditions physiologiques, lors de laégalement employée en clinique pour mesurer la grossesse.contractilité.
    • 186 Cœur et CirculationLe choc circulatoire circulation. Une vasoconstriction des vaisseaux capacitifs (réseau veineux) augmente le remplissageOn entend par choc une diminution de la cardiaque. La tachycardie concomitante compense,perfusion des organes dimportance vitale, ce du moins en partie, la diminution du débit résultant de la baisse du volume déjection. Les catécholaminesqui a pour conséquence une hypoxie ou une libérées par les surrénales (cf. p. 58) complètent leanoxie aiguë (cf. p. 102) et une accumulation mécanisme neurogène.des métabolites (CO2, acide lactique). Dans unsens plus large, on peut aussi inclure dans les Rétablissement du volume sanguinchocs les perturbations dans lalimentation et La chute de pression artérielle et la diminutionlutilisation dO2 sans diminution de la perfusion artériolaire abaissent la pression de filtration au niveau(du moins au départ du phénomène) par capillaire (cf. p. 158) ; de cette manière, le liquideexemple le choc septique dorigine bactérienne. interstitiel est drainé vers le circuit sanguin. En dehorsLe dénominateur commun du choc est de cela, lhypovolémie et lhypotension déclenchent laprincipalement une diminution du débit mise en jeu du système rénine-angiotensine-cardiaque ayant pour origine : 1) une aldostérone (cf. p. 152). Ce mécanisme entraîne la soif et diminue la perte de sel au niveau du rein et pardéfaillance cardiaque (choc cardiogène), là-même celle de leau. Labaissement de la pressionou 2) une restriction du retour veineux dont les auriculaire provoque une libération dADH (réflexe decauses peuvent être : a) une diminution du Henry et Gauer ; cf. p. 140), ce qui conduit aussi à unevolume sanguin (choc hypovolémique) économie deau. Plus tard, sous leffet de la sécrétionconséquence dune hémorragie (choc hé- dérythropoîétine, les érythrocytes perdus serontmorragique) ou dune autre perte de liquide remplacés (cf. p. 60 et suiv.) et les protéines plasmatiques seront synthétisées par le foie, à un(par exemple lors de brûlures, de vomissements rythme accru.abondants, de diarrhées persistantes), b) unedilatation vasculaire périphérique avec un Au sens strict, on entend par choc unestockage du sang en périphérie. Ce mécanisme situation telle que lorganisme ne puisse plusest mis en jeu lors du choc anaphylactique (cf. assurer lhoméostasie, sans intervention exté-p. 72) dans lequel des substances vasoactives rieure (perfusion). Dans ce cas, se constituentcomme lhistamine sont libérées et constituent des mécanismes auto-entretenus qui aggraventle facteur primordial. Le choc cardiogénique ou le choc, jusquà un point tel que la situationhypovolémique saccompagne dune chute de échappe même à la thérapeutique (on parle depression artérielle (pouls filant), dune choc irréversible ou de choc réfractaire). Lesaugmentation de la fréquence cardiaque, dune mécanismes suivants sont impliqués dans cepâleur (non observée dans le cas de choc phénomène :consécutif à une vasodilatation), doligurie 1 ) Volume ↓ à vasoconstriction périphérique à(diminution du débit urinaire) et de soif. perturbations métaboliques en périphérie àLa plupart de ces symptômes sont lexpression dilatation des vaisseaux capacitifs à stockagedes moyens daction des systèmes de sang à volume ↓↓.régulateurs de lorganisme contre le choc 2) Vasoconstriction périphérique et diminutionnaissant (A). Deux groupes de moyens de pression sanguine à vitesse circulatoire ↓daction se complètent mutuellement pour cela à viscosité ↑à résistance↑ à débit sanguin ↓↓.: des moyens rapides et dautres plus lents ; /espremiers visent à augmenter la pression 3) Pression artérielle ↓ à anoxie et acidose àartérielle et les seconds font face à souffrance myocardique à force du cœur ↓ àlhypovolémie. pression artérielle ↓↓, etc. 4) Chute dO2 (anoxie) à souffrance desRétablissement de la pression sanguine vaisseaux à dilatation artériolaire à pertesLa chute de pression artérielle diminue lactivité des volémiques vers le milieu interstitiel.barorécepteurs artériels (cf. p. 176 et suiv.) ce qui 5) Pression artérielle ↓ à souffrancestimule les aires pressogènes du SNC et conduit à uneélévation du tonus sympathique. Le débit cardiaque est métabolique périphérique à dommagesalors dérivé de manière prioritaire vers les organes vasculaires à coagulation à obstructionvitaux (artères coronaires, cerveau) par vasculaire et coagulopathie de consommationvasoconstriction artérielle cutanée (la peau pâlit car (cf. p. 76) à hémorragies diffuses à volume ↓↓elle est moins perfusée, sauf en cas de choc par etc.vasodilatation), digestive (tractus digestif) et rénale(oligurie) : il sétablit une « centralisation » de la
    • 188 Cœur et Circulation plus élevée que pour de petites pressions et desDébit et métabolisme myocardique volumes déjection importants, bien que le travail soitLe muscle cardiaque est perfusé, à partir de identique dans ces deux situations (cf. p. 182). Celalaorte, par les artères coronaires (vaisseaux signifie que la performance cardiaque (degré dactiondu cœur) droite (1/7 du débit sanguin coro- du cœur) qui est dans ce dernier cas de 0.3 (30%), chute en réalité à 0,15 (15%) lorsque la pressionnaire) et gauche (6/7 du débit sanguin coro- systolique augmente. Lors dune mauvaise perfusionnaire). Le retour veineux vers loreillette droite coronaire (insuffisance coronaire), lapport dO2 estest assuré, pour environ 2/3 par le sinus diminué, et la situation empire notamment lorsque lacoronaire et pour le 1/3 restant par les petites pression ventriculaire doit augmenter (par exemple lorsveines du cœur (A). de laugmentation des résistances périphériques). Dautre part, on observe chez ces patients une chuteLe débit coronaire (Qcor) est denviron 250 de la pression sanguine (par exemple le matin) quiml/min au repos pour un cœur normal pesant diminue encore Qcor. Une diminution de la PO2, dans300 g et peut tripler (ou quadrupler) lors dun lair, et par conséquent une modification de la DAVO2exercice intense (A). Qcor dépend : (lors dune ascension en montagne ou dun voyage en1) de la différence de pression entre laorte et avion), peut entraîner chez linsuffisant coronarien uneloreillette droite, 2) du diamètre des vaisseaux hypoxie ou une anoxie (cf. p. 102) du muscle cardiaque (par exemple une crise dangine decoronaires, lequel est sous la dépendance a) de la poitrine ou un infarctus du myocarde). Une hypoxiepression transmurale (Pt, maximale au cours de lamontée en pression pendant la systole; cf. p. 163) et b) myocardique peut être atténuée par une diminution dedu tonus de la musculature vasculaire lisse des la résistance périphérique totale, donc de la pressionvaisseaux coronaires. artérielle (effet de la trinitrine) ou par une action directe sur le travail du cœur (β bloquants; cf. p. 59).La pression transmurale des vaisseaux est ladifférence entre la pression interne (Pi = pression Le myocarde consomme du glucose, des acides grassanguine) et la pression du milieu environnant (Ps ). libres et du lactate selon les disponibilités. Ces troisPlus spécialement dans les zones subendocardiques substrats, répartis en fonction de leur contributiondes artères coronaires, la Ps est si élevée durant la dans la consommation en O2 (« coefficientsystole, consécutivement à la contraction cardiaque, dextraction dO2 »), prennent part chacun pourque Pt sabaisse de manière appréciable (ventricule 1/3 à la consommation de repos. Lors dedroit), ou devient < 0. De ce fait le débit sanguin lexercice physique, le lactate, produit encoronaire est, en pratique, uniquement diastolique (cf.p. 163, A8). quantité par les muscles squelettiques (A; cf. p. 46, p. 247), prend une part significativement plusLe contrôle du débit coronaire dépend importante dans la fourniture dénergie au muscleessentiellement du métabolisme local (cf. p. 176 et cardiaque. En cas de déficience en O 2, lATP estsuiv.). Le sang veineux du sinus coronaire a, au repos, également produit par le métabolisme anaérobie (dansune concentration fractionnelle en O2 denviron 0,06 ce cas, il y a formation de lactate dans le myocarde).ml/ml de sang (soit 6 ml/100 ml de sang). Cest La réserve énergétique constituée par le glycogènepourquoi, lorsque le contenu en O2 du sang artériel est peut servir à un catabolisme anaérobie (en situationde 0,20 (soit 20 ml/100 ml de sang ; cf. p. 100), la danoxie) mais ne suffit à assurer lapprovisionnementdifférence artérioveineuse coronaire au repos énergétique du cœur que pendant 8 minutes {en(DAVo2) est de 0.14; elle peut lors de lexercice fonctionnement normal}. Au-delà de 30 minutesatteindre 0.16 (A). Compte tenu du débit et de la danoxie, le cœur ne peut plus récupérer (sil est àdifférence artérioveineuse coronaire, cela signifie que 37 °C). Si lon maintient le cœur à 10 °C, ce tempsla consommation dO2 (Vo2) du cœur varie de 30 (au double, car la consommation énergétique chuterepos) à 90 ml/min ou plus. (refroidissement des organes lors desLaugmentation de la consommation doxygène transplantations).myocardique est ainsi assurée par une augmentationdu débit coronaire. Celle-ci est obtenue avant tout Mesure du débitgrâce à des facteurs chimiques locaux tels lemanque oxygène, la libération dadénosine, de K+, Les méthodes de mesure des débits sanguins sont :bien quil semble que des facteurs endothéliaux et lastimulation des nerfs du système végétatif contribuent 1) la pléthysmographie (B), qui mesure le débità la vasodilatation. sanguin artériel en déterminant laugmentation deLa consommation doxygène (Vo2) du myocarde poids ou de volume dun organe placé sous garrotaugmente, dune part, proportionnellement à la vitesse veineux ; 2) la mesure du flux par application du principe de linduction électrique (C) : plus le sangde raccourcissement maximale (V max) des fibres se déplace vite (le sang est le conducteur électrique)myocardiques (cf. p. 42 et suiv.), dautre part, en entre les pôles dun aimant, plus la tension électriquefonction du produit longueur de repos des fibres par induite est élevée ; et 3) la mesure basée sur lesdurée de la systole (index tension-durée). Pour de indicateurs gazeux (D) : un gaz indicateur (par ex.petits volumes déjection systolique et des pressions l’argon) est inhalé durant 10 minutes.sanguines élevées (tension myocardique ↑) la Vo2 est
    • 190 Cœur et Circulation poumon que partiellement, un tiers du volumeDes prises de sang répétées permettent de déjection (en raison de la haute résistance du circuitdéterminer le décours temporel de la concentra- pulmonaire, les poumons nétant pas encore déplissés)tion sanguine dans une artère (Ca) et dans une ; les deux tiers restant traversent la communicationveine (Cv ; on détermine une valeur moyenne entre lartère pulmonaire et laorte (ductus arteriosusdans le temps et une différence artérioveineuse ou canal artériel) du fait de la faible résistance(DAVindic ; D). Compte tenu des résultats, de la périphérique (placenta). En effet, la pression dans laorte est faible puisquelle natteint que 8.7 kPa (65concentration pondérée (Ce), du gaz (Ca = Cv = mmHg) en fin de grossesse. Le sang partiellementCtissu) et du temps nécessaire pour atteindre la artérialisé du ventricule gauche irrigue surtout lessituation déquilibre, on peut calculer un débit de artères céphaliques (le cerveau est très sensible à unperfusion (Q) dun tissu (cerveau ou myocarde manque doxygène) et la partie supérieure du corpspar exemple). (A). Ce nest que dans la portion descendante deLa circulation chez le fœtus laorte que le sang veineux venu par le ductus arteriosus se mélange avec le reste du sang veineux.Le placenta maternel remplit plusieurs La partie inférieure du corps ne dispose, de ce fait, que dun sang relativement pauvre en 0, (saturation = 60%;fonctions à légard du fœtus ; il sert : A). La plus grande partie de ce sang retourne vers le1) « dintestin » (fourniture de nutriments, placenta par lartère ombilicale où il se recharge enréalisée par transfert actif), 2) de « rein » O2(épuration des catabolites), et enfin 3) de « Lors de la naissance, lalimentation et lépuration parpoumon » pour la fourniture dO2 et le placenta cessent brusquement. La Pco2 du sanglépuration en CO2. Malgré la déviation vers la augmente de ce fait, ce qui stimule fortement lesdroite de la courbe de dissociation de centres respiratoires (par le biais des chémorécepteurslhémoglobine pour l’O2 par rapport à celle de ; cf. p. 104). Le mouvement inspiratoire ainsi provoqué crée une dépression dans le thorax, ce quiladulte (cf. p. 101. C), la saturation de entraîne, dune part, une aspiration du sang contenuloxyhémoglobine natteint que 80 % dans le dans le placenta et dans la veine ombilicaleplacenta. («tansfusion placentaire») et, dautre part, un déplisse-Le sang est réparti dans le fœtus en fonction ment des poumons.des besoins particuliers de chaque organe : Le déplissement des poumons fait chuter la résistance vasculaire de la circulation pulmonaire alors que lades organes non encore fonctionnels ou peu résistance de la grande circulation augmente, du faitfonctionnels, comme les poumons, sont prati- de « lauto-amputation » du territoire placentaire auquement exclus. Le débit cardiaque et de 0,25 niveau de lartère placentaire. Une modification du fluxl/min/kg de poids corporel, la fréquence de 130 sanguin dans le ductus arteriosus se produit alors. Laà 160/min. Environ 50 % du sang venant du circulation pulmonaire reçoit encore pendant quelquescœur fœtal vont vers le placenta, le reste jours du sang de laorte. Le remplissage de loreillettealimente le corps (35 %) et les poumons (15%) droite est réduit par suppression du sang en provenance du placenta, tandis que celui de loreillettedu fœtus. Le cœur gauche et le cœur droit sont gauche saccroît (car la perfusion des poumons aug-pratiquement branchés en parallèle , un mente). La chute de pression qui sétablit entremontage en série comme chez ladulte nest pas loreillette gauche et la droite provoque la fermeture dunécessaire à ce stade. foramen ovale. Avec la croissance, le foramen ovale se ferme complètement, de même que le ductusTrajet du sang fœtal (A) : Après sêtre artérialisé arteriosus et le ductus veinosus (canal dArantius). Pardans le placenta (saturation 80%), le sang ces modifications néonatales, les circulationsretourne vers le fœtus par la veine ombilicale ; pulmonaire et systémique sont alors placées en série.il aboutit ensuite par le « ductus veinosus » (canal Si le foramen ovale ou le ductus arteriosus restentdArantius) au foie. A labouchement dans la veine perméables (20 % des malformations cardiaquescave inférieure, ce sang se mêle au sang veineux congénitales), il se produit un court circuit (shunt) quivenant de la partie inférieure du corps. Conduit par des surcharge le cœur. Louverture du foramen ovale créereplis spéciaux de la veine cave, ce sang mélangé un circuit :arrive dans loreillette droite puis passe directement oreillette gauche à oreillette droite à ventricule droitdans loreillette gauche au travers dun orifice de la (surcharge du cœur droit) à poumon à oreilletteparoi interauriculaire (foramen ovale), puis dans le gauche ; l’ouverture du ductus arteriosus permet leventricule gauche. Dans loreillette droite existe un circuit suivant : aorte à artère pulmonaire à poumonsautre carrefour (avec seulement un mélange partiel du (surcharge en pression) à cœur gauche (surcharge ensang) avec le sang veineux drainé par la veine cave volume) à aorte.supérieure (sang venant de la tête) lequel sécoulevers le ventricule droit. Ce sang naboutit dans le
    • 192 Équilibre thermique et ThermorégulationBilan des échanges thermiques température de lémetteur. Ceci est valable, dune part pour la surface cutanée, dautre partLhomme est un homéotherme (température pour tous les êtres et objets de lenvironnement.régulée) ; sa température reste constante même Si un objet de lenvironnement est plus chaudsi la température ambiante varie. Cette que la peau, le corps en recevra de la chaleurdéfinition nest valable que pour les parties par radiation ; sil est plus froid (ou sil ny a pasprofondes du corps (température du noyau ≈ démetteur : ciel nocturne), la peau peut perdre37 °C). Les membres et la peau sont de la chaleur radiante dans cette direction.pratiquement poïkilothermes (température La radiation na pas besoin de support matérielvariable, cf. p. 194. A). Le maintien de la pour le transport de la chaleur ; elle est peutempérature constante du noyau nest possible influencée par la température de lair qui est unque lorsquil existe un équilibre entre les mauvais émetteur. Ainsi, malgré la présencequantités de chaleur produite et reçue et la dair chaud dans une pièce, la chaleur peut êtrequantité de chaleur perdue : cest la transmise à une paroi froide ; inversement, onthermorégulation (cf. p. 194). peut recevoir la chaleur radiante émise par leLa production de chaleur (Al) dépend des soleil (malgré le vide sidéral), ou par une lampeéchanges dénergie (cf. p. 196). Au repos, la infrarouge (malgré lair froid).thermogenèse est due pour plus de la moitié 2. Conduction de chaleur de la peau à airaux organes internes, et pour presque un ambiant. Lair doit être plus froid que la peau,cinquième à la musculature et à la peau (A2. en cest-à-dire quun gradient thermique est néces-haut). Lactivité physique augmente la saire. Ce type de déperdition de chaleur estproduction de chaleur dans une proportion telle fortement accéléré par le déplacement de laque la part de la musculature augmente, tant en couche dair réchauffée par la peau (par le ventvaleur absolue quen valeur relative, atteignant par exemple) (convection; B2, C).90 % de la production de chaleur totale (A2. enbas). 3. Lorsque la température ambiante est élevée et lactivité physique intense, les mécanismesLe maintien de la chaleur corporelle peut de radiation et de conduction ne sont plus asseznécessiter une production de chaleur supplé- efficaces : dans ces conditions, la chaleur doitmentaire par mouvements du corps, par frisson être perdue par évaporation deau (B3, C). Auxthermique et (chez le nouveau-né) par températures ambiantes supérieures à 36 °Cthermogenèse sans frisson (cf. p. 194). Ce type (C), seule lévaporation peut assurer la déperdi-de « défense contre le froid » ne peut se tion de chaleur. Aux températures ambiantesproduire que si la production dhormone encore plus élevées, lorganisme reçoit de lathyroïdienne est suffisante (cf. p. 250). chaleur par radiation et conduction (+ convec-La chaleur reçue (par rayonnement. tion). Pour compenser cet apport, il fautconduction, etc.) devient importante quand la augmenter en conséquence la déperdition partempérature ambiante dépasse la température évaporation.cutanée. Pour que la chaleur produite puisse êtreLa chaleur produite à lintérieur du corps est éliminée par évaporation, il faut que lairprise en charge par le courant sanguin et ambiant soit relativement sec (déserts, sauna).transportée à la surface du corps. Ce flux A linverse, si latmosphère est trop chargéethermique interne nest possible que pour une dhumidité (par exemple dans la forêt tropicale),température de peau inférieure à celle du les températures ambiantes supérieures ànoyau. Le transport de chaleur vers la peau 33 C° sont très difficilement supportées, mêmedépend surtout de lirritation sanguine de la au repos.peau (cf. p. 194). Leau nécessaire à lévaporation est amenée àPlusieurs mécanismes interviennent dans la la surface de la peau par un phénomène dedéperdition de chaleur (flux thermique diffusion (respiration insensible) et par lesexterne) (B) : glandes sudoripares (B3; cf. p. 53 et 195, D). Chaque litre deau évaporé entraîne une1. Radiation thermique (B1, C). La quantité de déperdition de chaleur de 2 428 kJ (580 kcal).chaleur perdue par radiation est fonction, entreautres, de la puissance quatrième de la
    • 194 Équilibre thermique et Thermorégulation refroidit la peau et par là même crée le gradient deRégulation de la température température nécessaire aux pertes de chaleur. La miseLe rôle de la régulation de la température en jeu de cette réaction a pour origine les récepteurs(thermorégulation) est de maintenir constante la centraux au chaud. Ceux de la peau, dans ce cas, ne peuvent rendre compte dun réchauffement puisquetempérature du noyau à une valeur de leur environnement est de fait devenu plus froid.consigne, en dépit des variations des quantitésde chaleur reçues, produites ou perdues (cf. p. Si la température corporelle tombe en192). Cette valeur de consigne de la dessous de la valeur de consigne, on observe non seulement une réduction de la déperdition, mais aussitempérature est en moyenne de 37 °C. On note une augmentation (jusquà 4 fois le métabolisme dedes variations circadiennes denviron ± 0,5 °C base) de la production de chaleur, essentiellement(minimum vers 3 h, maximum vers 18 h. [cf. p. par activité musculaire volontaire et par frisson (D). Le331, A]). Cette valeur de consigne est contrôlée nouveau-né se refroidit très facilement du fait de sonpar une « horloge interne » (cf. p. 292). Un rapport surface/volume élevé. Mais il possède unedécalage à plus long terme du point de possibilité supplémentaire de régulation parconsigne sobserve durant le cycle menstruel thermogenèse sans frisson (dans le tissu adipeux brun). Si la température centrale chute, la stimulation(cf. p. 263) et, pathologiquement, lors de la adrénergique élève le métabolisme, la production defièvre (cf. ci-dessous). chaleur augmente. Ces contre-réactions sontLhypothalamus (cf. p. 290) est le centre de déclenchées par un environnement thermique froid aucontrôle de la thermorégulation. Cest là que moyen des récepteurs cutanés au froid (cf. p. 276) avant même que la température centrale ne chute.se trouvent des récepteurs sensibles à latempérature (thermorécepteurs) qui La régulation physiologique de la température permet à lorganisme de maintenir sa températureenregistrent la température du noyau central constante (C) pour des températures ambiantes(A). Lhypothalamus reçoit des informations comprises entre 0 et 50 °C (jusquà 100°C en air trèscomplémentaires des thermorécepteurs de la sec, sauna par exemple). En dehors de la zone depeau (cf. p. 276) et de la moelle épinière. Dans température ambiante « confortable » (C), lhommeles centres thermorégulateurs de règle sa température en adaptant son comportementlhypothalamus, la température effective du (par exemple, recherche de lombre, port de vêtementscorps (valeur réelle) est comparée à la valeur adaptés, chauffage des habitations). En dessous de 0°C et au-dessus de 50 °C (C), seul un comportementde consigne. Sil existe une différence, approprié permet la régulation de la température.lorganisme met en œuvre plusieurs méca- La fièvre est généralement provoquée par desnismes de régulation du bilan thermique (D). substances particulières, les pyrogènes, qui agissentDans un environnement froid par exemple, la sur le centre de la thermorégulation dansstimulation des récepteurs cutanés au froid (cf. lhypothalamus. La thermorégulation seffectue alors àp. 276) active la production de chaleur et un niveau plus élevé, cest-à-dire que, lorsquon a de la fièvre, la valeur de consigne est décalée vers le haut.provoque une vasoconstriction cutanée avant En conséquence, le corps est trop froid au début (doùque la température centrale ne chute. Par le frisson musculaire : fièvre avec frissons} . lors de laopposition, la stimulation des récepteurs chute de la fièvre, la valeur de consigne redevientcentraux au chaud conduit à une augmentation normale, et lorganisme est trop chaud (doùdes pertes de chaleur cutanées avant que la vasodilatation et sudation).peau ne devienne chaude ou même si la peau Les macrophages sont activés par les infections, lesne devient pas chaude du tout (refroidissement inflammations et les nécroses (cf. p. 66). Ilsévaporatif de la peau !). provoquent alors la libération dinterleukine 1 (cf. p. 70) synthétisée au niveau du foie, du cerveau et dorganesSi la température centrale dépasse la valeur fabriquant les précurseurs de certaines hormones :de consigne (par ex. lors dun exercice physique), dans cest un pyrogène endogène (pouvant aussi agir parun premier temps le flux sanguin cutané augmente, lintermédiaire des prostaglandines) dont laction auet par conséquent le transfert de chaleur du noyau niveau du centre thermorégulateur hypothalamiquevers la peau. Ce nest pas seulement le volume/temps vient contrecarrer la fièvre.qui augmente, mais plus encore le transport de La température du noyau central se prend avec unechaleur/temps, ce qui diminue également les échanges précision suffisante dans le rectum (températurede chaleur par contre-courant entre les artères et les rectale) ou la bouche (température orale). La prise deveines satellites (B. et cf. p. 134 et suiv.) ; enfin le température dans laisselle fermée (températureretour veineux des veines profondes est dévié vers le axillaire) demande baucoup de temps (jusquà 1/2 h).réseau veineux superficiel. Dans un second temps, laproduction sudorale est plus importante, ce qui
    • 196 Nutrition et Digestion sont en effet en quantité insuffisante dans la plupartNutrition des protéines végétales, ce qui diminue leur « valeurUne alimentation convenable doit apporter à biologique ». Un acide aminé essentiel est un acidelorganisme suffisamment dénergie, un aminé qui ne peut être synthétisé par lorganismeminimum de protéines (avec tous les acides quen cas dapport insuffisant ou nul. Chez lhomme, les acides aminés essentiels sont : lhistidine,aminés essentiels), des glucides ou hydrates de lisoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, lacarbone, des substances minérales (y compris phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la valine.des oligo-éléments), des acides gras essentiels Les besoins énergétiques restants sont couverts paret des vitamines. Lorganisme doit en outre des glucides (amidon, sucre, glycogène) et des lipidesdisposer dune quantité deau suffisante. Pour (graisses et huiles animales et végétales) qui, en tantassurer un transit intestinal normal, que substances nutritives, peuvent dans une largeparticulièrement au niveau du côlon, mesure se substituer lune à lautre :lalimentation doit contenir des déchets la part des glucides dans lénergie fournie par les(«fibres»), cest-à-dire les constituants non- aliments peut être ramenée à 10% (contre 60%digestibles des plantes (cellulose, lignine. etc.). normalement) sans quil y ait de troubles du métabolisme. Dautre part, à partir du moment où unLes besoins énergétiques quotidiens, qui apport en vitamines liposolubles (vitamines A, D, E, K)représentent léquivalent de la ration énergétique et en acides gras essentiels (acide linoléique parnécessaire à une activité normale (1 J/s = 1 W = 86,4 exemple) est assuré, les lipides ne deviennent pluskJ/jour), dépendent dun grand nombre de facteurs et absolument indispensables.varient considérablement même au repos (métabo- En moyenne, les lipides représentent environ 25-30%lisme de base). Il faut donc établir une définition du de lapport énergétique alimentaire (1/3 sous formemétabolisme de base ; celui-ci est mesuré : dacides aminés essentiels), bien que cette proportion1) pendant la matinée, 2) à jeun. 3) au repos, en puisse sélever en fonction des besoins énergétiquesposition couchée. 4) à une température corporelle (autour de 40% pour un agriculteur). Compte tenu desnormale, et 5) dans une ambiance de confort conditions de travail plus faciles du monde occidental,thermique (cf. p. 194). Ses valeurs varient en fonction notre apport alimentaire est trop riche en énergiedu sexe, de lâge, du poids et de la taille corporelle ; (lipides au lieu dhydrates de carbone). Un autrechez ladulte, elles sélèvent en moyenne à environ 7 facteur a prendre en compte est la consommationMJ/jour (= approximativement 80 W). Lactivité dalcool (environ 30 KJ/g). Cet apport alimentairephysique augmente les besoins énergétiques (ration excessif occasionne souvent une surcharge pondérale.énergétique dactivité) : pour un travail de bureau, il Lapport alimentaire dun certain nombre defaut approx. 11 MJ/jour (= 127 W) ; pour une femme substances minérales est indispensable pouremployée à des activités pénibles, 15 MJ/jour (= 175 lorganisme : lapport de calcium (0,8 g/j), de fer (10W) ; enfin pour un homme ayant une activité pénible mg/j, 15 mg/j pour les femmes) et diode (0,15 mg/j)(travailleur de force) environ 20 MJ/jour (= 230 W) ; est spécialement important. Un grand nombre dautrestoutes ces valeurs sont données pour un poids « oligo-éléments » (comme As, F, Cu, Si, V, Sn, Ni,corporel de 70 kg. Ces cas de figures représentent des Se, Mn, Mo, Cr, Co) sont également indispensables,moyennes sur un certain nombre dannées, mais en mais lorsque lalimentation est normale, cet apport estune seule journée, un homme qui effectue le travail le suffisant. Dautre part, en quantité excessive, ilsplus pénible qui soit peut développer jusquà 50 peuvent être toxiques.MJ/jour au maximum (= 600 W). Dans les compétitions Les vitamines (A, B1, B2, B9. B12. C, D2, D3, E, H,sportives (le marathon par exemple) il est possible de K1, K2, acide folique, nicotinamide, acidedévelopper jusquà 1 600 W pendant 2 heures, bien pantothénique) sont des composés organiques dontque le niveau métabolique journalier soit beaucoup lorganisme a besoin pour le métabolismeplus faible. (généralement sous forme de coenzymes) et quil neLes besoins énergétiques sont couverts par les peut synthétiser lui-même ou seulement en quantitéprotéines, les lipides et les glucides qui insuffisante.constituent les trois substances de base de Bien que les quantités généralement nécessaireslalimentation (A, B). Les besoins en protéines, soient très faibles, lorsque lapport est insuffisant onindispensables à léquilibre du bilan azoté, sont au peut observer des signes de carence spécifiqueminimum de 0,5 g par kg de poids corporel et par jour (avitaminoses) comme lhéméralopie (vitamine A), le(apport minimum) : mais, pour une activité physique scorbut (vitamine C), le rachitisme (vitamine D),normale, cet apport doit doubler (minimum fonctionnel lanémie pernicieuse (vitamine B12), le béribéridapport protéique), les protéines animales (viande, (vitamine B1) et des troubles de la coagulationpoisson, lait. œufs) doivent représenter la moitié de (vitamine K).lapport protéique afin dassurer à lorganisme lapportnécessaire en acides aminés essentiels. Ceux-ci
    • 198 Nutrition et Digestion résultant de la fonte de la glace.Métabolisme et calorimétrie Chez lhomme, la dépense énergétique peutLe métabolisme transforme lénergie chimique être déterminée plus simplement par calori-des denrées alimentaires en chaleur et en métrie indirecte. Ici. la consommation dO2, (VO2travail mécanique (muscles) (cf. p. 18 et suiv.), ; cf. p. 92) permet de calculer la dépensemais une part de cette énergie est aussi utilisée dénergie. Il faut pour cela connaître léquivalentpour la synthèse de substances endogènes. Le calorique (EC) de la substance alimentaire «contenu énergétique des aliments, quantifiable brûlée » qui se calcule à partir de la VCphysiol etpar leur combustion complète, est appelé de la quantité dO2 nécessaire à la combustion.valeur calorique physique (VCphy) : cette La valeur calorique du glucose est de 15,7 kJ/g.combustion produit CO2 et H2O et nécessite une Ainsi, le contenu énergétique de 180 g decertaine consommation dO2. glucose est de 2827 kJ pour une consommationLa VCphy est déterminée à laide dun doxygène de 134,4 l soit 21 kJ/l O2 ; cettecalorimètre de combustion (A), réservoir deau valeur représente lEC de loxygène pour lequi renferme une chambre de combustion, dans glucose dans les conditions standards. LEClaquelle on introduit une certaine quantité de la des différents glucides de lalimentation est desubstance alimentaire considérée. Cette 21.15 (18,8) kJ/l O2 , celui des lipides est desubstance est ensuite brûlée (avec lO2). La 19.6 (17.6) kJ/l O2, celui des protéines est dechaleur ainsi dégagée est absorbée par leau 19,65 (16,8) kJ/l O2 ; dans chacun de ces cas, laenvironnante et le réchauffement de cette eau première valeur sapplique à la mesure dans lespermet ainsi de mesurer la VCphy recherchée. conditions standards (0°C), celle entre pa-Dans lorganisme, les lipides et les glucides renthèses à une mesure à 37°C.sont également entièrement dégradés en Donc, pour calculer la dépense dénergie àprésence dO2 et transformés en CO2 et H2O. partir de lEC, il faut en plus connaître la natureLeur valeur calorifique physiologique exacte des aliments qui sont « brûlés ». A cet(VCphysiol) est donc identique à la VCphy. Elle est effet, on peut utiliser le quotient respiratoireen moyenne de 38.9 KJ/g pour les lipides et de QR = VCO2 / VO2 (cf. p. 92) comme valeur de17.2 kJ/g pour les glucides digestibles (cf. p. référence. Il est égal à 1 lorsque lalimentation197. A). Par contre, les protéines ne sont pas ne comporte que des glucides, comme on peuttotalement dégradées dans lorganisme ; elles le le voir à partir de la réaction suivante :sont seulement jusquau stade de lurée qui C6H12O6 + 6 O2 ó 6 CO2 + 6 H2O.fournirait à nouveau de lénergie sil y avait Pour la tripalmitine qui est un lipide, la réactioncombustion complète. De ce fait, les protéines est la suivante :ont une VCphy (23 U/g) supérieure à leurVCphysiol (≈ 17.2 kJ/g) (cf. p. 197. A). 2 C51H98O6 + 145 O2 ó 102 CO2 + 98 H2O.Au repos, lénergie apportée à lorganisme sous Le QR = 102/145 = 0,7. Étant donné que la partforme de nutriments est en grande partie des protéines dans lalimentation esttransformée en énergie thermique (chaleur), relativement constante, il est possible dattribuercar lactivité physique externe est infime. Le un EC à chaque QR compris entre 0.7 et 1 (D).dégagement de chaleur (à une température du La dépense dénergie (DE) résulte finalementcorps constante) correspond alors à une de la formule :dépense dénergie à lintérieur de lorganisme DE = EC X Vo2.(par exemple activité des muscles cardiaque etrespiratoire ; transport des substances, etc.). Une alimentation à base de protéines élève la dépense dénergie de 15 à 20 % environLa quantité de chaleur dégagée par le corps (action dynamique spécifique). Lepeut être directement mesurée par calorimétrie métabolisme augmente, car il faut 89 kJ pourdite directe (B). Ici, lanimal expérimental est produire une mole dATP à partir de protéinesplacé dans un récipient ; une enveloppe deau (acides aminés) contre seulement 74 kJ à partirou de glace, isolée de lextérieur, absorbe la de glucose. Lutilisation optimale de lénergiechaleur qui doit être mesurée et dont la quantité libre des acides aminés est donc plus faible quepeut être calculée à partir de laugmentation de celle du glucose.la température de leau et de la quantité deau
    • 200 Nutrition et DigestionLe tractus digestif intestinal (cf. p. 204 et suiv.,210 et suiv., 230 et suiv.). Les transits dans lœsophage, dans lestomac et dansDans le tractus gastrointestinal ou tube digestif les diverses parties de lintestin varient dun individu à(TD), qui est la ligne de démarcation entre le lautre et sont aussi étroitement liés à la compositionmilieu externe et le milieu interne, la nourriture des aliments (valeurs moyennes A; cf. aussi p. 206).est digérée afin de passer dans le milieu Débit sanguin intestinalinterne. Les aliments sont déglutis, mixés,scindés par la musculature du tube digestif en Trois branches principales de laorte abdominale assurent la vascularisation de lestomac, de lintestin,petites particules (digestion) lesquelles sont du foie, du pancréas et de la rate. L’irrigationabsorbées à travers la muqueuse intestinale intestinale augmente, durant la digestion, sous leffet(absorption) et passent dans la lymphe et le de pompage des mouvements intestinaux sur lessang portal. Labsorption seffectue par vaisseaux de lintestin, ainsi que sous leffet de ladiffusion, au moyen de transporteurs et par stimulation vagale, des hormones (VIP par exemple :endocytose. peptides intestinaux vasoactifs) et des réflexes locaux. Lirrigation intestinale est indépendante de la pressionLes aliments solides sont tout dabord broyés sanguine totale (autorégulation). Une paralysiepar les dents et mélangés à la salive qui est intestinale (appelée iléus paralytique) ou une occlusionsécrétée par les glandes salivaires (cf. p. 202). intestinale constituent une gêne considérable pour laAu cours de la déglutition (cf. p. 204), le bol vascularisation, car les gaz intestinaux se forment enalimentaire passe dans lœsophage et parvient quantité croissante provoquent un ballonnement de lintestin avec augmentation de la pression. Celle-cijusquà lestomac où il subit laction du suc finit par dépasser la pression qui règne dans lesgastrique (cf. p. 208). Le liquide alimentaire est vaisseaux intestinaux, ce qui conduit à une interruptionalors appelé chyme. Le contenu stomacal totale de lirrigation intestinale.passe à travers le sphincter pylorique dans le Le sang veineux chargé de substances absorbéesduodénum. A ce niveau, les sécrétions des dans lintestin passe par la veine porte et arrivecellules intestinales et les sucs digestifs du jusquau foie. Une partie des constituants lipidiquespancréas (suc pancréatique) et de la vésicule absorbés (cf. p. 218 et suiv.) se retrouve dans labiliaire (bile) sajoutent au contenu intestinal. lymphe intestinale et parvient ainsi dans la circulation générale après avoir contourné le foie.La bile produite par le foie permet la digestion desgraisses (cf. p. 218 et suiv.) ainsi que l’excrétion de labilirubine, des toxines, etc. (cf. p. 214 et suiv.). Le foie Système de défense gastrointestinaljoue en outre un rôle majeur dans le métabolisme des Pour protéger lorganisme contre les bactéries, lesglucides, des lipides, des protéines et des hormones. virus et les macromolécules étrangères pouvantLe pancréas fournit du bicarbonate HCO3- et des pénétrer par la cavité buccale, le tube digestif est doté de systèmes immunitaires très efficaces (cf. aussi p.enzymes digestives (cf. p. 212 et suiv.) mais aégalement une fonction endocrine importante (cf. p. 66 et suiv.) : au niveau de la bouche déjà, les246 et suiv.). constituants salivaires (mucines, IgA, lysozyme, thiocyanate) empêchent la pénétration des germes (cf.Plusieurs hormones tissulaires ou hormones p. 202). Dans lestomac, lacide chlorhydrique et lesdigestives qui contribuent à la régulation de la pepsines agissent comme bactéricides, le tube digestifdigestion sont primitivement produites dans la partie possédant son propre tissu lymphatiquesupérieure de lintestin grêle, la partie inférieure de immunocompétent, à savoir les plaques de Peyer. Deslestomac et dans le pancréas. cellules M spécialisées (« cellules membraneuses »)La majorité de labsorption des aliments digérés, aussi de la muqueuse permettent aux antigènes luminauxbien que des liquides sécrétés par les glandes (cf. p. 66 et suiv.) daccéder aux plaques de Peyer. Là,salivaires, lestomac, etc., seffectue au niveau de la réponse peut être une activation de la sécrétionlintestin grêle (duodénum, jéjunum et iléon). Le dIgA (immunisation orale, dans certaines conditionspassage dans le gros intestin (caecum, côlon aussi allergisation orale, cf. p. 72). En contraste avecascendant, transverse, descendant, sigmoïde) les autres immunoglobulines, lIgA dans la lumièrepermet la poursuite de la désagrégation des aliments, intestinale est protégée contre les enzymes digestiveslabsorption de leurs produits de dégradation, des grâce à un composant de sécrétion qui est attaché auxvitamines ainsi que des substances minérales et, en IgA dans les cellules épithéliales. Enfin, les branchesoutre, lépaississement du chyme sous leffet de la de la veine porte, dans le foie, renferment desréabsorption de leau (cf. p. 228). Le sigmoïde et en macrophages particulièrement nombreux (cellulesparticulier le rectum constitue le lieu de stockage des étoffées de Kupffer) formant une autre barrière contrefèces jusquà la défécation ultérieure (cf. p. 230). les germes qui proviennent du tube digestif. Chez les nouveau-nés, la muqueuse du tube digestif est surtoutLes trois couches musculaires du tube digestif protégée par lIgA provenant du lait maternel.participent au mélange et au transporta contenu
    • 202 Nutrition et Digestion stimule également l’exocytose (cf. p. 12) desLa composition de la salive met en évidence protéines salivaires.son rôle : les substances mucilagineuses La salive primaire subit ensuite des modifi-(mucines) lubrifient les aliments et les rendent cations lors de son passage dans les canauxainsi déglutissables ; elles facilitent également excréteurs de la glande (A) : le Na+ estles mouvements de la mastication et de la réabsorbé à ce niveau, tandis que les ions K+ etparole. La salive a aussi un rôle important dans HCO3- sont sécrétés. Lanhydrase carbonique (cf. p.lhygiène buccale (irrigation de la bouche et des 145. A) participe à la forte sécrétion dHCO3- dans ladents) et sert de liquide obturateur lors de salive et au transport des ions H+ dans le sang +lallaitement du nourrisson. Les substances (antiport Na+/H ). Comme la réabsorption de NaCIalimentaires sont en partie dissoutes dans la dépasse la sécrétion dHCO3- la salive devient hypoosmolaire au repos jusquà 50 mosm/kg H20. Lasalive, ce qui constitue une des conditions de la faible concentration en NaCI (B) améliore la solubilitédigestion buccale et de lefficacité du stimulus protéique et diminue le seuil de perception desgustatif (cf. p. 296). La digestion des glucides récepteurs gustatifs pour le sel (cf. p. 296).(amidon) peut commencer dès la mastication La production de salive est déclenchée pargrâce à l’α-amylase salivaire (ptyaline). voie réflexe (D). Les stimuli sont, notamment, lodeur etLimmunoglobuline A, la lysozyme (cf. p. 65 et le goût des aliments, le contact avec les muqueusessuiv.) et la peroxydase (cf. p. 68) servent à la buccales et la mastication. Les réflexes conditionnésdéfense contre les agents pathogènes, et la peuvent aussi jouer un rôle. Ils doivent faire lobjet dunforte concentration de HCO3- alcalinise et apprentissage. Un fait anodin, comme par exemple letamponne la salive jusquà un pH de 7 à 8. Un bruit des assiettes avant un repas, peut, par la suite, constituer à lui seul un stimulus suffisant. LactivationpH acide inhiberait lα-amylase et cholinergique, β-adrénergique et peptidergiqueendommagerait lémail dentaire. (substance P) stimule la formation dune saliveLa sécrétion salivaire est de 0,5 à 1,5 l/j. En aqueuse (en partie via IP3 ; cf. p. 244). Cest 2+fonction du degré de stimulation, le débit laugmentation du flux de Ca dans le cytoplasmesalivaire peut varier de 0.1 à 4 ml/min. Pour un cellulaire à partir des stocks intracellulaires et du LEC qui constituent le facteur déclenchant (C et cf. p. 17).débit de 0,5 ml/min, environ 95% de la salive Lors de la stimulation cholinergique (cf. p. 54), lesprovient des glandes parotides (salive aqueuse) glandes salivaires sécrètent aussi des enzymeset des glandes submaxillaires (salive riche en (kallicréines) qui libèrent un puissant vasodilatateur, lamucine) ; le reste est sécrété par les glandes bradikinine, à partir du kininogène plasmatique. Ici, lessublinguales et les glandes de la muqueuse VIP (peptides intestinaux vasoactifs) jouent proba-buccale. blement le rôle de cotransmetteurs. Une telle vasodilatation est nécessaire, car la salivationLes acini des glandes salivaires sont le lieu de maximale dépasse la valeur du flux sanguin local auformation de la salive primaire (A, C) dont la repos. L’activation (β-adrénergique des glandescomposition électrolytique est similaire à celle salivaires conduit (via lAMPc ; C et cf. p. 56 et suiv., p.du plasma et dont la formation est assurée au 242) à une salive très visqueuse et riche en mucines.moyen du transport transcellulaire de Cl-. La production de cette salive augmente chez les chiens qui mangent de la viande, alors quuneLe Cl-, prélevé du sang, est transféré dans les nourriture sèche provoque avant tout une activationcellules des acini par un mécanisme de co- cholinergique donnant une salive aqueuse. Latransport actif secondaire Na+-K+-2CI signification biologique de cette dualité dans le contrôle(transport inverse par rapport au rein ; cf. p. des phénomènes moteurs sécrétoires chez lhomme et149, B2) ; il atteint la lumière des acini au la raison pour laquelle ces deux systèmes de contrôlemoyen des canaux Cl-. Ceci provoque un produisent des compositions salivaires différentes sontpotentiel luminal transcellulaire négatif qui inconnues.amène également le Na+ dans la lumière Étant donné que la production salivaire moyenne est(diffusion paracellulaire) ; leau suit le même étroitement liée à la teneur en eau de lorganisme, lamouvement pour des raisons osmotiques. Les bouche et la gorge deviennent sèches en cas de carence en eau ; ce phénomène entraîne nonneurotransmetteurs qui stimulent la sécrétion seulement une économie deau mais contribue aussi àsalivaire augmentent la concentration la sensation de soif qui est important pour léquilibreintracellulaire en Ca2+ (C), lequel permet non du bilan hydrique de lorganisme (cf. p. 138 et 152).seulement louverture des canaux Cl- (et par làmême augmente la sécrétion liquide), mais
    • 204 Nutrition et DigestionDéglutition mène réflexe (B). Les stimuli déclenchants sont : une forte dilatation (remplissage) de lestomac etUne fois que les aliments sont mâchés et mêlés des lésions de celui-ci (provoquées par lingestionà la salive (cf. p. 202), la langue forme une dalcool par exemple). Des odeurs ou des visionsbouchée déglutissable (bol alimentaire). La écœurantes, le contact avec la muqueusedéglutition (A1-A10) est déclenchée de façon pharyngienne ainsi que l’irritation de lorgane de léquilibration (cf. ci-après) constituent aussi desvolontaire : le bol est tout dabord comprimé par facteurs dactivation du « centre de vomissement »la langue vers larrière, puis contre le voile du dans le bulbe rachidien (medulla oblongata) (B). Lepalais (Al). centre de vomissement est situé entre lolive (B1) et le faisceau solitaire (B2), cest-à-dire au niveau de laLes étapes suivantes de la déglutition seffec- formation réticulée (B3).tuent par voie réflexe : Outre les facteurs déclenchants cités plus haut, lesLa mâchoire se ferme, le voile du palais se soulève vomissements peuvent aussi être fréquemment(A2), obturant ainsi la cavité naso-pharyngienne (A3), provoqués par la grossesse [vomissements matinauxtandis que le bol alimentaire appuie sur lépiglotte et la (vomitus matutinus) et hyperémèse gravidiquepousse en arrière (A4). Sous la pression de la langue, (hyperemesis gravidarum), par des douleurs violentes,le bol descend dans le pharynx. La respiration est alors des substances toxiques (toxines), des médicamentsmomentanément suspendue, la glotte se ferme et los (vomissement déclenché volontairement par lehyoïde ainsi que le larynx sont soulevés jusquà médecin), par une radio-exposition (lors duneobturation complète des voies respiratoires par irradiation tumorale par exemple), par unelépiglotte (A5). Les muscles constricteurs du pharynx augmentation de la pression cérébrale comme lorsinférieur se relâchent (A6), permettant ainsi à la langue dun œdème cérébral (cf. p. 142) ou à la suitede pousser le bol dans l’œsophage , le bol chemine dhémorragies ou de tumeurs cérébrales et enfin parensuite le long de loesophage (A7, A8). Tandis que le certains phénomènes psychiques. Dans ce dernierlarynx revient dans sa position initiale et que la cas, les chémorécepteurs au voisinage du centre derespiration reprend (A9), le bol alimentaire, entraîné vomissement (area postrems : B4) jouent un rôle nonpar les ondes péristaltiques de la couche musculaire négligeable.de loesophage (A10), parvient jusquà lentrée delestomac. Sil advient que le bol alimentaire Nausées, augmentation de la salivation, pâleur,«sattache» sur les parois daval, la distension de transpiration abondante et dilatation des pupillesloesophage à cet endroit produit une onde constituent les prodromes du vomissement (B).péristaltique secondaire. Lors du vomissement proprement dit, le diaphragmeLœsophage a une longueur de 25 à 30 cm. Sa est bloqué en position inspiratoire et les musclescouche musculaire est striée dans sa partie abdominaux se contractent brusquement (sangle abdominale). Simultanément, le duodénum sesupérieure et lisse dans sa partie inférieure. La contracte et le cardia se relâche, ce qui a pour effetprogression de londe péristaltique dans le dexercer une pression sur lestomac et de comprimermuscle strié est contrôlée par la medulla ainsi le contenu gastrique vers lœsophage. Leoblongata (voir ci-dessous) ; les signaux sphincter pharyngien est forcé et le voile du palaisafférents et efférents sont transmis par le nerf soulevé, laissant ainsi le passage libre au chymevague. Le péristaltisme de la musculature lisse alimentaire qui est expulsé par la bouche (B).est contrôlé par ses propres ganglions. Le vomissement est avant tout un réflexe de protection : les aliments qui, par exemple, ont uneLœsophage est fermé par un sphincter au niveau del’entrée de lestomac (cardia). Une plicature de la odeur désagréable et qui peuvent endommagercouche musculaire œsophagienne (mécanisme de lestomac ou lensemble de lorganisme (toxines) sonttorsion), la pression intra-abdominale et un coussin rejetés de lestomac (et, dans certaines conditions, deveineux (réflexe douverture, cf. p. 206) participent à la lintestin grêle). De toute façon, un vomissementfermeture du cardia. important se traduit par une perte sensible de liquide et surtout dions H+ (acidité gastrique), ce qui provoqueLa motilité du muscle lisse gastrointestinal est une alcalose « métabolique » (cf. p. 114 et suiv. etdirectement liée aux fonctions du plexus myentérique 208) et des perturbations de léquilibre liquidien (cf. p.(cf. p. 210) ; les dysfonctionnements de ce plexus 142).saccompagnent de troubles du péristaltisme. Auniveau de lœsophage, ces désordres provoquent une Nausées et vomissements sont aussi des symptômesmauvaise relaxation du cardia ; les aliments de la cinépathie (mal des transports). Au cours desaccumulent et lœsophage se dilate pour sadapter à transports en avion ou en bateau, lorgane decet engorgement (achalasia). léquilibration subit des excitations inhabituelles (cf. p. 298) qui provoquent ce type de troubles, en particulierVomissement lorsque la tête est en plus soumise à des mouvements divers et quil existe des divergences par rapport àLe vomissement est généralement un phéno- limpression optique.
    • 206 Nutrition et DigestionEstomac : structure et motilité motiline et la P-Ch augmentent la fréquence des réponses et des stimulations. Dautres hormonesLœsophage débouche dans le fundus, situé au niveau peptidiques comme par exemple les GIP (gastricdu cardia , le fundus est lui-même suivi du corps et de inhibitory peptide) inhibent directement cette motilité,lantre. Lextrémité inférieure de lestomac (pylore) tandis que la somatostatine (SIH, cf. p. 246) agitsabouche au duodénum (A). Dun point de vue indirectement (D).fonctionnel, on fait une distinction entre lestomac «proximal » et lestomac « distal » (A). La taille de Évacuation gastrique. Lévacuation de lestomaclestomac dépend de son remplissage ; cest surtout pendant la digestion dépend primitivement du tonuslestomac « proximal » qui augmente de volume (sans de lestomac proximal et du pylore, qui sont sousque la pression ne sélève beaucoup) (A et B). La contrôle réflexe et hormonal (D2). Les fibresparoi gastrique est du même type que celle de cholinergiques du nerf vague augmentent le tonus delintestin grêle (cf. p. 211). La muqueuse du fundus et lestomac proximal, tandis que les autres fibresdu corps contient des cellules principales (CP) et des efférentes du vague (ayant comme co-transmetteurscellules bordantes (CB) (A) qui produisent les lATP et le VIP) et les fibres sympathiquesconstituants du suc gastrique (cf. p. 208). La adrénergiques linhibent. La motiline favorisemuqueuse gastrique contient en outre des cellules lévacuation gastrique (le tonus de lestomac proximalendocrines qui sécrètent de la gastrine et des cellules augmente; le pylore se dilate), tandis que la CCKmucipares (CM) qui sécrètent du mucus. Le système (= pancréozymine = cholécystokinine), la gastrine etnerveux végétatif (cf. p. 50 et suiv.) agit sur la motilité dautres substances linhibent en produisant les effetsgastrique par lintermédiaire des deux plexus contraires. La plupart du temps, le pylore est largementautonomes (cf. p. 208) de la paroi gastrique (D). ouvert (libre évacuation du « chyme terminal »). Il se contracte seulement : 1) à la fin de la « systole »La déglutition dun bol alimentaire entraîne louverture antrale (voir ci-dessus), afin de retenir les alimentsréflexe du cardia, et les fibres vagales inhibitrices solides, et 2) durant les contractions duodénales, afinprovoquent à court terme un relâchement de lestomac dempêcher tout reflux (sels biliaires) dans lestomac.« proximal » (relaxation réceptive; D2). Lentrée des Néanmoins, si cet événement survient. le refluxaliments produit également la relaxation réflexe de dacides aminés normalement absents dans la lumièrelestomac « proximal » (réflexe daccomodation) de gastrique, produit la fermeture réflexe du pylore.manière à empêcher la pression interne de monter aufur et à mesure du remplissage gastrique. Finalement, La durée de séjour des aliments dans lestomac estlexcitation locale de la paroi gastrique conduit (en très variable. Les aliments solides restent danspartie par voie réflexe, en partie sous laction de la lestomac jusquà ce quils soient transformés engastrine) à une activation de lestomac « distal ». Sous petites particules en suspension de 0,3 mm deleffet dune contraction (tonique) continuelle de lesto- diamètre environ ; ce nest quaprès quils peuvent euxmac « proximal » - qui sert avant tout de « réservoir » - aussi passer dans le duodénum sous forme de chyme.le contenu gastrique est lentement entraîné vers Le temps nécessaire pour que 50 % de la quantitélestomac « distal » pour y être digéré : au niveau de la ingérée aient à nouveau quitté lestomac est déterminélimite supérieure de lestomac « distal » (au tiers pour leau essentiellement par le tonus de lestomac «supérieur du corps) se trouve une zone de stimulation proximal » ; ce temps, qui est de lordre de 10 à 20(cf. ci-après) doù partent des ondes péristaltiques qui min, augmente pour les aliments solides en fonction deatteignent rapidement le pylore. Les contractions sont leur consistance et de lintensité de lactivitédune intensité particulièrement forte au niveau de péristaltique. Il peut ainsi atteindre 1 à 4 heures (duréelantre. Les mouvements péristaltiques provoquent de séjour des glucides < à celle des protéines < à celleainsi la progression du chyme vers le pylore (C5, C6, des lipides). Lévacuation gastrique diminue lorsqueC1) où il est ensuite comprimé (C2 et C3) et à nouveau le pH baisse et lorsque losmolarité augmente avec lerefoulé après la fermeture du pylore (C3 et C4). Durant rejet du chyme. Cette régulation est assurée (D2) parce cycle, les aliments sont brassés, mélangés au suc des récepteurs situés dans le duodénum, des réflexesgastrique et partiellement digérés ; les graisses sont en entérogastriques et des hormones peptidiques (cf. ci-outre émulsionnées. après). Les matières indigestibles (os, fibres, substances étrangères) ne quittent pas lestomacLa zone de stimulation de lestomac « distal » (cf. durant la phase digestive. Ce nest quau cours de laci-dessus) est le siège de variation de potentiel qui se phase interdigestive qui suit que des ondesproduisent toutes les 20 secondes environ et dont la contractiles particulières parcourent lestomac etvitesse (0,5 à 4 cm/s) et lamplitude (0,5 à 4 mV) lintestin toutes les deux heures (horloge interne), ceaugmentent au fur et à mesure que lon se rapproche qui provoque lévacuation gastrique non seulement dedu pylore. Ce faisant, lactivité du potentiel de ces substances indigestibles mais aussi des produitsstimulation des zones distales de lestomac est sécrétés par la digestion et des cellules muqueusesdépassée (un peu comme dans le cœur) par un rejetées : complexes moteurs de migration. Lastimulateur situé plus haut, en raison de sa fréquence régulation de cette phase est aussi assurée par laplus faible. La fréquence des contractions qui suivent motiline qui provient de la muqueuse de lintestincette onde dexcitation dépend de la somme des grêle.influences neuronales et humorales. La gastrine, la
    • 208 Nutrition et DigestionSuc gastrique la sécrétion dHCO3- (comme les médicaments anti-Lestomac sécrète jusquà 3 litres de suc gastrique inflammatoires) favorisent lapparition des ulcèrespar jour. Les principaux constituants du suc gastrique gastriques, alors que les activateurs de la sécrétionsont des pepsinogènes, du mucus (mucine), de dHCO3- comme les prostaglandines E2 sy opposent.lacide chlorhydrique (HCI), le facteur intrinsèque Le déclenchement de la sécrétion physiologique de(cf. p. 226) et de la « gastroferrine » (cf. P. 62). suc gastrique permet de distinguer trois types dinfluences (« phases ») (A) :La sécrétion du suc gastrique seffectue dans lesglandes tubulaires ou dans les puits de la muqueuse 1. Influences psychonerveuses : lingestiongastrique ; les constituants du suc gastrique sont daliments conduit, par voie réflexe, à une sécrétionélaborés par différents types de cellules (cf. p. 270, A). de suc gastrique, les nerfs gustatifs, olfactifs etLes cellules dites principales (cf. p. 207, A) du fundus optiques constituant les branches afférentes de cessont le lieu de formation des pepsinogènes, alors réflexes en partie « conditionnés » (cf. p. 202). Uneque des cellules muqueuses spéciales (cellules carence en glucose dans le cerveau peut aussimucipares) élaborent le mucus, dont la fonction déclencher ce réflexe. Dautre part, certainesessentielle est de protéger la surface de lestomac agressions peuvent avoir pour effet daugmenter lacontre le suc gastrique. Les cellules principales ou sécrétion de suc gastrique alors que la peur linhibe. Lecellules bordantes (cf. p. 207, A) du fundus et du corps nerf efférent est dans tous les cas le nerf vague ; lagastrique constituent le lieu de formation de lacide section de ce nerf (vagotomie) a pour effet dechlorhydrique. supprimer toutes ces influences (lors du traitement de lulcère). Lacétylcholine libérée par le nerf vague etLes pepsines sont formées par scission dune fraction les nerfs innervant lestomac active (par lIP3 et par unde molécule de leurs précurseurs, les pepsinogène, à 2+ flux de Ca ) non seulement les cellules principalespH 6. Une sécrétion maximale dHCI donne un suc mais aussi les cellules bordantes, les cellules Hgastrique de pH égal environ à 1 qui est tamponné par (histamine) voisines et les cellules G (gastrine) dele chyme pour atteindre un pH de 1,8 à 4 environ, ce lantre; ainsi, le nerf vague déclenche aussi indirecte-qui constitue des valeurs voisines de celles du pH ment des influences paracrines (histamine) etoptimal daction de la plupart des pepsines. Un pH bas endocrines (gastrine) sur la sécrétion de lacidecontribue en outre à dénaturer les protéines à digérer gastrique (C).et agit comme bactéricide. 2. Influences locales : lorsque le chyme entre enSécrétion dacide chlorhydrique : sous laction de contact avec des parties plus profondes de lestomaclanhydrase carbonique, AC, (cf. p. 144 et suiv.) et (antre), il y a libération de gastrine à ce niveau avecdune « pompe » entraînée par lATP (H+-K+-ATPase intervention de facteurs mécaniques (dilatation) et + 2+; B), les ions H+ qui sont échangés contre des ions K chimiques (peptides, acides aminés, Ca substancesvoient multiplier leur concentration dans la lumière grillées, alcool, etc.). La gastrine parvient, par voie 7 +gastrique par 10 (transport actif). Le K retourne dans sanguine (activation endocrine, cf. ci-dessus), jusquàla lumière par un mécanisme passif (recirculation du la partie supérieure de lestomac où elle stimule laK+). Le Cl- entre également passivement dans la sécrétion dacide gastrique. Un suc gastrique ayant unlumière. Pour chaque ion H+ sécrété, un ion HCO3- pH très bas inhibe la libération de la gastrine(provenant de CO2 + OH-, B) quitte la cellule du côté (rétroaction négative).sang (échange passif contre du Cl-). En outre, comme 3. Influences intestinales : lorsque les premièresdans toute cellule, on trouve ici une « pompe » à + + + fractions du chyme arrivent dans le duodénum, ellesNa+/K active (Na -K -ATPase). influencent, par rétroaction, la sécrétion du sucLingestion daliments provoque une activation des gastrique. La dilatation de la paroi intestinale stimule,cellules bordantes (cf. ci-après). Ici, des canalicules, par voie endocrine (entérooxyntine ? gastrine?), ladont les parois possèdent une bordure en brosse sécrétion du suc gastrique ; les acides aminés déjàdense et qui senfoncent profondément à lintérieur de absorbés ont une action similaire. Un pH bas et lala cellule, souvrent dans la lumière gastrique. Cet présence de lipides dans le chyme duodénal inhibenténorme accroissement de la surface de la membrane la sécrétion du suc gastrique par libération decellulaire du côté luminal permet une augmenta tion différentes hormones peptidiques (sécrétine, GIP,maximale de la sécrétion gastrique dions H+ qui passe SIH). Ainsi, le duodénum adapte non seulement lade 2 mmol/h environ au repos à plus de 20 mmol/h. quantité mais aussi la composition du chyme gastrique aux besoins de lintestin grêle. La SIH a dune façonDu HCO3- est activement sécrété par la muqueuse générale un effet régulateur et retardé sur labsorptionafin dassurer une autoprotection contre les ions H+ du alimentaire, la sécrétion de la SIH et celle de linsulinesuc gastrique ; le HCO3- tamponne lacide qui pénètre dans le pancréas étant éventuellement réglées lunedans la couche muqueuse par la surface de la sur lautre (cf. aussi p. 246).muqueuse sans pour autant influencer de façonsensible le pH du contenu gastrique. Les inhibiteurs de
    • 210 Nutrition et Digestion (par ex. le fer; cf. p. 62). Dautres constituants cellu-Intestin grêle : structure et motilité laires. en particulier lalbumine, apparaissent en partie dans les fèces (cf. p. 230).Lintestin grêle (environ 2 m de long in vivo)comprend trois segments : le duodénum, le Les vaisseaux sanguins et lymphatiques (A12-A14) ainsi que les nerfs sympathiques et parasympathiquesjéjunum et liléon. Lintestin grêle a pour (A15 et cf. p. 50 et suiv.) atteignent lintestin grêle parfonction essentielle de terminer la digestion lintermédiaire du mésentère (A11).des aliments et de réabsorber les produits de On peut distinguer quatre sortes de mouvementsdégradation conjointement avec de leau et des intestinaux, tous indépendants de linnervationélectrolytes. externe (autonomie). Les villosités sont dotées duneLintestin grêle est recouvert extérieurement par le mobilité propre, grâce à la musculature de leurpéritoine (membrane séreuse. A1) ; au-dessous se membrane muqueuse, ce qui permet un contact étroittrouvent une couche musculaire longitudinale (A2), entre lépithélium et le chyme. Les mouvementspuis une couche musculaire circulaire (A3) et enfin la pendulaires (musculature longitudinale, C1) et lamuqueuse (A4) qui contient une autre couche segmentation rythmique (musculature circulaire, C2)musculaire (A5) et, au niveau de la lumière intestinale, constituent des mouvements mixtes alors que lesune couche de différentes cellules épithéliales (A6-A8) ondes péristaltiques (30-120 cm/min) servent à faire avancer le contenu intestinal (à environ 1 cm/min ;La surface de lépithélium bordant la lumière intestinale C3) en direction du gros intestin. Dans lintestin grêle,représente environ 300 à 1 600 fois (plus de 100 m2) la la fréquence des fluctuations lentes de potentiel de lasurface dun tube lisse cylindrique : environ 3 fois pour musculature lisse diminue du côté anal. De cetteles valvules conniventes (1 cm de haut) de la manière, les portions situées du côté oral ont unemuqueuse et de la sous-muqueuse (valvules de fonction pacemaker (cf. p. 44), cest la raison pourKerckring, A), 7 à 14 fois pour le plissement de laquelle les ondes péristaltiques (= répétition continuelépithélium ( villosités de 1 mm de long environ et de du réflexe péristaltique) se propagent seulement dans0,1 mm dépaisseur. A9) et 15 à 40 fois pour le la direction de lanus.plissement (bordure en brosse, A10) de la membraneluminale des cellules épithéliales de réabsorption (A7). En stimulant les tensorécepteurs, le bol alimentaire (B)En plus des cellules de réabsorption, les villosités déclenche un réflexe péristaltique qui resserre lasont tapissées des cellules muqueuses (A6). A la base lumière intestinale en amont du contenu intestinal. Endes villosités, lépithélium présente une dépression. même temps, des motoneurones cholinergiques étantappelée crypte de Lieberkuhn (A8) dont la paroi est soumis à une excitation continue très longue (de typerecouverte de diverses cellules : a) des cellules qui 2) et stimulés par lintermédiaire dinterneuronessécrètent le mucus, formant une couche lisse de sérotoninergiques, activent la musculature lon-protection dans la lumière intestinale ; b) des cellules gitudinale et la musculature circulaire respectivementindifférenciées et mitotiques doù proviennent les avant et après le passage du bol alimentaire.cellules villeuses (cf. ci-après) ; c) des cellules Parallèlement à cette activation, la musculatureendocrines qui ont probablement des récepteurs au circulaire est stimulée en amont et inhibée en aval (B).niveau de la lumière intestinale et qui libèrent, du côté Les nerfs efférents sympathiques ont une actionsang, leur hormone peptidique respective (sécrétine, constrictrice sur les vaisseaux sanguins et provoquentCCK. motiline. SIH, GIP, etc.) ; d) des cellules de indirectement un relâchement de la musculaturePaneth qui libèrent des protéines dans la lumière intestinale par inhibition du plexus dAuerbach (A16).(enzymes, immunoglobulines) ; et e) des cellules Les nerfs efférents parasympathiques passent dunemembraneuses (cf. p. 200). Les glandes de Brûnner situation pré-ganglionnaire à une situation post-spécifiques du duodénum, sont situées plus ganglionnaire dans le plexus dAuerbach. Ils stimulentprofondément encore dans la paroi intestinale : elles les trois couches musculaires et les glandes exocrineslibèrent dans la lumière un produit de sécrétion riche et endocrines de lintestin. Le plexus sous-muqueuxen HCO3- et en glycoprotéines. (A17) contient essentiellement les neurones sensitifsLes bords des villosités sont constamment repoussés des chémo- et des mécanorécepteurs de la muqueuse.tandis que de nouvelles cellules se reproduisent à Les informations de ces derniers et celles despartir des cryptes. Ainsi, lensemble de lépithélium de tensorécepteurs de la musculature constituent deslintestin grêle est renouvelé à peu près tous les 2 jours stimuli qui déclenchent des réflexes périphériques ou,(temps de mue). Les cellules épithéliales repoussées grâce aux nerfs afférents, des réflexes centraux.se désintègrent dans la lumière intestinale où elleslibèrent des enzymes digestives et dautres substances
    • 212 Nutrition et DigestionSuc pancréatique et bile une α-amylase scinde lamidon (cf. p. 197, B) et le glycogène en tri- et disaccha-rides (maltose,Le pancréas produit chaque jour 2 litres de maltotriose, α-dextrine limite), une 1,6-suc pancréatique qui sécoulent dans le glucosidase intestinale transforme les dextrinesduodénum. Ce suc contient de grosses et une maltase, une lactase et une saccharasequantités dions bicarbonates (HCO3- et hydrolysent les disaccharides : maltose, lactosedenzymes digestives (ferments) qui sont et saccharose correspondants (sucre de canne)nécessaires à la digestion des protéines, des en monosaccharides (cf. p. 197, B et p. 224).lipides et des glucides dans le chyme. c) Lenzyme la plus importante pour laLa sécrétion du suc pancréatique est contrôlée digestion des lipides provient également dupar le nerf vague et surtout par deux hormones pancréas : il sagit de la lipase pancréatique qui(provenant de la muqueuse duodénale) : scinde les triglycérides en 2-mono-glycérides etla sécrétine et la pancréozymine- en acides gras libres (cf. p. 197, B et p. 218 etcholécystokinine (CCK, A). suiv.).La présence de lipides et un pH bas dans le Pour être efficace, la lipase nécessite lachyme duodénal sont les facteurs déclenchant présence dune autre enzyme, la co-lipase, quila libération de la sécrétine. Celle-ci parvient, est formée (aussi sous laction de la trypsine) àpar voie sanguine, jusquau pancréas où elle partir dune pro-co-lipase du suc pancréatiquestimule la sécrétion de suc pancréatique et son (cf. p. 218 et suiv.).enrichissement en HCO3-. Plus la concentration La bile est indispensable à la digestion normaleen HCO3- augmente, plus celle en Cl- diminue des lipides. Elle est sécrétée de façon continue(B). Le HCO3- sert à neutraliser les chymes par les cellules hépatiques (≈ 0,7 l/j), mais elleacides (acide gastrique !). nest pas toujours immédiatement déverséeLa sécrétion de la CCK est également dans lintestin. Lorsque, par exemple entre lesdéclenchée par un chyme riche en lipides. La repas, le muscle constricteur (sphincter dOddi)CCK provoque une augmentation de la est fermé au niveau de labouchement du canalconcentration enzymatique dans le suc cholédoque dans le duodénum, la bile parvientgastrique. dans la vésicule biliaire où elle est concentrée jusquà 1/5e - 1/10e de son volume dorigine para) Enzymes pancréatiques de la protéolyse retrait deau, laquelle suit passivement le «(protéases) : les deux protéases les plus transfert actif » des ions Na+ et Cl- hors de laimportantes, le trypsinogène et le chymo- lumière de la vésicule biliaire (cf. p. 215, D).trypsinogène, sont sécrétées sous une forme Cela aboutit à un concentré qui, sous un faibleinactive (pro-enzymes). Ces enzymes sont volume, fournit pour la digestion de grandesensuite activées dans lintestin par une quantités de constituants biliaires spécifiques,entéropeptidase (lancienne appellation mais qui, par ailleurs, favorise la formation dedentérokinase est désuette) qui transforme le calculs biliaires.trypsinogène en trypsine qui, à son tour,transforme le chymotrypsinogène en Lorsque lorganisme a besoin de la bile pour lachymotrypsine (A). Lorsque cette activation a digestion, la vésicule biliaire se contracte et sondéjà lieu à lintérieur du pancréas, il se produit contenu se mêle au chyme duodénal.une « autodigestion » de lorgane, appelée La contraction de la vésicule biliaire estnécrose pancréatique aiguë. déclenchée, par voie réflexe et par voie hormonale, par la CCK (cf. ci-dessus et A). Outre les lipides du chyme,La trypsine et la chymotrypsine rompent les le jaune dœuf et le MgSO4 constituent des stimuliliaisons peptidiques à lintérieur de la molécule particulièrement efficaces pour la sécrétion de la CCKprotéique : ce sont des endopeptidases, alors (cholagogues). Par contre, la sécrétine et les selsquune autre enzyme pancréatique, la biliaires contenus dans le sang stimulent la productioncarboxypeptidase détache les acides aminés de la bile dans le foie (cholérétiques. cf. p. 214).de lextrémité carboxyterminale (cf. p. 197. B et Certaines substances endogènes (cf. p. 214 et suiv.)p.224). ainsi que des substances étrangères comme lesLa carboxypeptidase est libérée (aussi grâce à produits iodés sont éliminées par voie biliaire : lesla trypsine) sous forme dun précurseur (la voies biliaires sont ainsi rendues visibles aux rayons X (cholangio- et cholécystographie).procarboxypeptidase).b) Enzymes pancréatiques de la glycolyse :
    • 214 Nutrition et DigestionFonction dexcrétion du foie, formation nouveau une augmentation du flux biliaire.de la bile Lexplication de cette cholérèse dite sels biliaires dépendante (cf. aussi p. 212) estOutre ses fonctions métaboliques importantes probablement liée au fait que lélévation de la(cf. p. 200), le foie a en plus des fonctions concentration en sels biliaires plasmatiques, quidexcrétion (A). La bile est sécrétée directement se sont accumulés (activement) dans lesdes cellules hépatiques dans les canalicules cellules hépatiques, augmente la force motricebiliaires, situés entre les travées de cellules pour le transport des sels biliaires hors deshépatiques, puis dans les canaux biliaires (A). hépatocytes vers les canalicules. Leau et lesDe là, elle gagne la vésicule biliaire (cf. p. 212), électrolytes inorganiques suivent passivementou le duodénum, ou les deux. (B). Il existe aussi une cholérèse sels biliairesLes constituants de la bile sont, outre leau et indépendante assurée au moyen dun transportles électrolytes : la bilirubine, des hormones actif de NaCI des hépatocytes vers lesstéroides, des acides biliaires, du cholestérol, canalicules.de la lécithine (phosphatidylcholine), etc. La bilirubine est également sécrétéeCertains médicaments peuvent aussi être activement (cf. p. 216) dans la bile. Ce systèmeexcrétés avec la bile. Certaines de ces de transport est aussi utilisé par dautressubstances sont très peu hydrosolubles et substances endogènes comme la porphyrine, etcirculent dans le sang liées à lalbumine : cest exogènes telles que lacide para-amino-le cas de la bilirubine. Ces substances sont hippurique (PAH), le rouge de phénol, la brome-absorbées par la cellule hépatique (après être sulfone-phtaléine, la pénicilline, les glycosides,séparées de lalbumine) et sont transportées par etc., une inhibition compétitive pouvant sedes protéines de transport jusquau réticulum produire (cf. p. 11). Comme dans le cas de laendoplasmique lisse où elles sont conjuguées bilirubine (cf. p. 216), de la thyroxine et de(combinées) à de lacide glucuronique (cf. p. nombreuses hormones stéroîdes, certaines216 et suiv.). substances exogènes sont aussi préalablementLa sécrétion biliaire est stimulée par : a) une conjuguées : le chloramphénicol est conjuguéaugmentation de la vascularisation hépatique ; avec de acide glucuronique. la naphtaline et leb) une stimulation vagale ; c) une augmentation phénanthrène avec du glutathion, la fonctionde la concentration sanguine en sels biliaires ; de « détoxication » de la conjugaison étantd) la sécrétine, etc. La bile hépatique produite prédominante, en particulier pour les dernièresen continu est stockée et concentrée dans la substances citées (cf. p. 130).vésicule biliaire (cf. aussi p. 212). La composition biliaire subit des modifications dans les voies biliaires situées plus loin enLes acides cholique et chénodésoxycholique, aval (B). Cest ici que se trouve le site dactionappelés acides biliaires primaires, sont synthé- cholérétique de la sécrétine (cf. p. 212). Touttisés dans le foie à partir du cholestérol (A). Les comme dans le pancréas, la sécrétion dHCO3-acides biliaires secondaires (acide désoxycholi- joue ici un certain rôle (conjointement avecque, acide lithocholique notamment) sont lanhydrase carbonique, cf. p. 130).formés uniquement par action bactérienne danslintestin, doù ils sont réabsorbés (comme les La composition biliaire subit dautres modifica-acides biliaires primaires) et déversés à tions dans la vésicule biliaire (D et p. 212).nouveau dans le foie. Là, les acides biliaires Le cholestérol est « dissous » dans la bile,sont conjugués avec la taurine, la glycine. comme dans la lumière intestinale, et forme desornithine, etc. (A) et déversés dans la bile sous micelles (cf. p. 218) avec de la lécithine et descette forme. Le cycle entérohépatique acides biliaires. Des modifications dans lesprovoque une augmentation du taux dacides rapports du mélange de ces trois substancesbiliaires dans la veine porte, ce qui conduit à un peuvent provoquer une précipitation des cris-ralentissement de la production dacides taux de cholestérol, ce qui constitue une desbiliaires dans le foie (rétroaction négative) et, en causes de la formation de calculs biliaires (C).même temps, à une augmentation de lasécrétion dacides biliaires provoquant à
    • 216 Nutrition et DigestionExcrétion de la bilirubine. Ictère trois groupes : 1. Ictère préhépatique : une augmentation deLa bilirubine, qui provient à 85 % environ de la lhémolyse par exemple ou une formationdégradation des érythrocytes (cf. p. 60 et suiv.) déficiente dérythrocytes (anémie pernicieuse)est un constituant essentiel de la bile (A et B). provoquent un accroissement tel de la sécrétionLa dégradation de lhémoglobine (principale- de bilirubine que le foie ne suit le rythme dement dans les macrophages ; cf. p. 66 et suiv.) lexcrétion que lorsque le niveau plasmatique deprovoque la scission entre les constituants de la la bilirubine est élevé. Chez ces patients, laglobine et le fer, ce qui donne lieu concentration de la bilirubine non conjuguéesuccessivement à la formation de biliverdine et (indirecte) en particulier est forte.de bilirubine (35 mg de bilirubine pour 1 g 2. Ictère intrahépatique : il est provoqué par :dhémoglobine). La bilirubine libre, difficilementhydrosoluble, est toxique du fait de sa a) une lésion des cellules hépatiques produiteliposolubilité ; elle est donc liée à lalbumine par exemple par des substances toxiques (ama-dans le sang (2 moles de bilirubine pour 1 mole nite) ou par inflammations (hépatite) avecdalbumine), mais elle est absorbée dans la perturbation du transport et défaut de conjugai-cellule hépatique sans lalbumine (A). son de la bilirubine ; b) une absence totaleLutilisation du glucose, de lATP et de lUTP (syndrome de Crigler et Najjar) ou un manquepermet ici la formation dUDP-glucuronide qui de glycuronyl-transférase chez ladulte (maladieest catalysée par la glycuronyl-transférase ainsi de Gilbert) ou un déficit du mécanisme deque sa conjugaison avec la bilirubine (dé- glycuroconjugaison dans lictère grave du nou-toxication). La bilirubine glycuroconjuguée veau-né qui est en outre provoqué par lhémo-hydrosoluble ainsi obtenue est sécrétée lyse ; c) une inhibition enzymatique de laactivement dans les canalicules biliaires (A et p. glycuronyl-transférase par des stéroïdes ; d) un214). Une partie parvient dans la circulation trouble congénital ou une inhibition (par desgénérale (« bilirubine directe ») et est excrétée médicaments ou des hormones stéroïdes parpar le rein. exemple) de la sécrétion de bilirubine dans les canalicules biliaires.Lexcrétion biliaire de la bilirubine est de 200 à250 mg par jour, dont 15% environ sont à 3. Ictère posthépatique : il est dû à la présencenouveau réabsorbés par lintestin, uniquement dun obstacle sur les voies excrétrices de la bile comme des calculs biliaires ou des tumeurs quisous forme non conjuguée (cycle provoquent un engorgement de la vésicule biliaire.entérohépatique). La bilirubine est dégradée en Cette forme dictère se caractérise par unepartie en urobilinogène dans le foie et la bile et augmentation de la concentration en bilirubineen stercobilinogène en partie dans lintestin, conjuguée « directe » et en phosphatases alcalinestous deux étant incolores. (importantes pour le diagnostic) qui sont un constituant normal de la bile. Ces constituants biliaires atteignentCes produits de dégradation de la bilirubine le sang, partiellement par passage à travers lessont éliminés avec les fèces après oxydation jonctions « serrées » situées entre les canalicules etpartielle en urobiline et en stercobiline (fèces de les sinusoïdes biliaires (cf. p. 215, A), partiellement parcouleur marron). Lurobilinogène est réabsorbé diffusion à contre-courant (cf. p. 134) au niveau de laen grande partie dans lintestin grêle, puis il triade portale ou le flux biliaire est contrecarré par lesparvient jusquau foie où il continue dêtre flux sanguins portai et artériel proches.dégradé. Le stercobilinogène est partiellement Dans le cas 2 a) et d) ainsi que dans le cas 3, laréabsorbé au niveau du rectum (contournement concentration de la bilirubine (conjuguée) hydrosolubledu foie, cf. p. 230) et est donc en partie excrété augmente aussi dans lurine (coloration foncée). Pour le troisième cas en particulier, les fèces sont en outre(2 mg/j) par le rein en même temps que des décolorées, car lintestin ne reçoit plus de bilirubine, cetraces durobilinogène. Lors de lésions des qui empêche toute formation de stercobiline, etc.cellules hépatiques, lexcrétion rénale de ces Chez le nouveau-né, le taux dalbumine est faibledeux substances augmente, ce qui constitue un tandis que le taux de bilirubine est très élevé. Cetteélément important pour le diagnostic. bilirubine normalement fixée à lalbumine peut êtreNormalement, la concentration plasmatique libérée à la suite de traitement par des anionsen bilirubine est de 3 à 10 mg/l. Lorsque cette organiques comme les sulfonamides. Les médicaments et lalbumine ayant le même site deconcentration dépasse 18 mg/l environ, la fixation entrent en compétition pour la bilirubine : celle-conjonctive de lœil (sclérotique) et ensuite la ci passe sous forme libre dans le système nerveuxpeau deviennent jaunes : il sagit dun ictère. central et provoque un ictère nucléaire.Les causes de lictère peuvent être réparties en
    • 218 Nutrition et DigestionDigestion des lipides acides gras se transforme en savons de Ca2+ qui échappent à labsorption, puis sont excrétés.La quantité de lipides absorbés (beurre. huile,margarine, lait, viande, œufs. etc.) varie Sous laction conjuguée des sels biliaires (cf.beaucoup selon les individus (de 10 à 250 g/j) p. 214), des micelles (B3) se formentet est en moyenne de 60 à 100 g/j. Les graisses spontanément à partir des monoglycérides etneutres ou triglycérides représentent la majeure des acides gras libres à chaîne longue. Grâce àpartie (90%) ; à cela sajoutent des leur petite taille, 3 à 6 nm seulement (environphospholipides. des esters du cholestérol (ou 300 fois plus petites que les gouttelettescholestérol-esters) et les vitamines liposolubles graisseuses mentionnées plus haut), ellesA. D. E, K. Ces lipides sont généralement permettent un contact étroit entre les produitsréabsorbés à plus de 95 % dans lintestin grêle. de dégradation des graisses lipophiles et la paroi intestinale, et sont donc absolumentLes lipides sont peu hydrosolubles. Leur indispensables à une absorption normale desdigestion et leur absorption dans le milieu lipides (cf. p. 220). Les fractions polaires desaqueux du tube digestif et leur transport dans le molécules participant à la formation desplasma (cf. p. 220 et suiv.) posent donc certains micelles sont ici tournées vers le milieu aqueuxproblèmes particuliers. et les fractions apolaires le sont vers lintérieurLes triglycérides peuvent certes être absorbés de la micelle. Durant ces phases, les lipidesen faibles quantités sans être scindés, mais la apolaires dans leur ensemble (comme les vita-dégradation enzymatique des graisses mines liposolubles mais aussi les substancesalimentaires est une condition préalable à une toxiques lipophiles) sont toujours enrobés dansabsorption normale. Les enzymes lipolytiques un milieu lipophile (appelé film dhydrocarbures)(lipases) proviennent des glandes sublinguales ils atteignent ainsi finalement lépithéliumet du suc pancréatique (A). 10 à 30% des intestinal dabsorption. Par contre, les acideslipides sont déjà scindés dans lestomac (pH gras à courte chaîne sont très relativementacide optimal pour lactivité des lipases polaires et nont pas besoin de sels biliairessublinguales). 70-90% dans le duodénum et le pour être absorbés.jéjunum supérieur. La phospholipase A2 (activée par la trypsine àLes lipases agissent essentiellement au niveau partir de la pro-phospholipase A2 du sucde linterface huile/eau (B1). Il faut pour cela pancréatique) scinde, en présence de selsquil y ait une émulsification mécanique des biliaires et de Ca2+, les phospholipides (surtoutlipides (provoquée surtout par la motricité de la phosphotidylcholine = lécithine) des alimentslestomac « distal », cf. p. 206), car les et de la bile, tandis que la cholestérolestérasegouttelettes graisseuses relativement petites (provenant du suc pancréatique) nattaque pasdans une émulsion (1-2 µm. B1) offrent aux seulement les cholestérol-esters (provenantlipases une surface daction importante. Pour par exemple du jaune dœuf et du lait) maispouvoir exercer son activité lipolytique aussi la deuxième liaison ester des triglycérides,(maximum 140 g lipide/min !), la lipase les esters des vitamines A, D et E ainsi que depancréatique requiert la présence de Ca2+ et nombreux autres esters lipidiques (y comprisdune colipase qui résulte de laction de la des corps étrangers !) ; de ce fait, cette enzymetrypsine sur une pro-colipase (provenant du suc est depuis peu appelée lipase non spécifique.pancréatique). La scission des triglycérides Il est intéressant de noter que cette lipase est(première et troisième liaison dester, cf. p. 197. présente aussi dans le lait maternel (et nonB) conduit, grâce à un apport dH2O, à des dans le lait de vache), ce qui apporte auacides gras libres et des 2-monoglycérides. nourrisson que la mère allaite la graisse du laitAutour de lenzyme se forme une phase en même temps que son enzyme de digestion.isotrope visqueuse contenant simultanément Lenzyme est instable à la chaleur ; lades zones aqueuses et des zones hydrophobes pasteurisation du lait maternel diminue donc(B2). considérablement la digestion des lipides du laitEn cas dexcès de Ca2+ ou de concentrations chez les nouveau-nés.trop faibles en monoglycérides, une partie des
    • 220 Nutrition et DigestionAbsorption des lipides et métabolisme E, dans une nouvelle forme de lipoprotéines, lesdes triglycérides VLDL (very low density lipoproteins, cf. p. 222 et suiv.) qui sont déversés tels quels dans leLes triglycérides contenus dans les aliments plasma.sont hydrolyses dans le tube digestif en acidesgras libres et en monoglycérides (cf. p. 218). Les triglycérides et leurs produits de dégra-Enrobés dans les micelles, ils atteignent la dation, les acides gras libres, constituent desbordure en brosse de lintestin grêle où ils sont substrats riches en énergie pour le métabolismeabsorbés (par transport passif) dans la cellule énergétique (cf. p. 198 et suiv.). Des acidesmuqueuse (A). Labsorption des lipides se gras sont hydrolyses, à partir des triglycéridestermine à la fin du jéjunum tandis que celle des des chylomicrons tout comme des VLDL, parsels biliaires qui sont libérés des micelles ne les lipoprotéine-lipases (LPL) de lendothéliumse fait quau niveau de liléon (co-transport actif capillaire de nombreux organes (B).secondaire avec Na+). Dans lorganisme, la Cette étape est précédée dun échange actif deteneur globale en sels biliaires est de 6 g fractions protéiques entre les différentes lipopro-environ ; ceux-ci parcourent un cycle entéro- téines. Une de ces protéines, lapolipoprotéinehépatique 4 fois par jour (bile - intestin grêle - CIl, parvient ainsi sur les chylomicrons où elleveine porte - foie - bile ; cf. p. 223, B), car participe, en tant que cofacteur important, àenviron 24 g/j sont nécessaires pour labsorption lhydrolyse des triglycérides. Linsuline, qui estdes lipides. sécrétée après un repas, active la lipoprotéine-Les acides gras à chaîne courte sont relative- lipase, ce qui stimule la brusque dégradationment hydrosolubles et peuvent donc parvenir des triglycérides alimentaires réabsorbés.sous forme libre jusquau foie par la veine porte,alors que les produits hydrophobes de la Lhéparine (provenant des granulocytesdigestion des lipides, donc les acides gras à basophiles) joue également un rôle danslongue chaîne et les monoglycérides, sont à lactivité des lipases protéiques. Celles-cinouveau synthétisés en triglycérides dans le contribuent à « clarifier » le plasma dont laréticulum endoplasmique lisse de la muqueuse nature laiteuse est due aux chylomicrons (voirintestinale; comme ceux-ci ne sont pas ci-dessus) (facteur de clarification).hydrosolubles, ils sont finalement enrobés dans Dans le plasma, les acides gras libres sont liésle « noyau » des lipoprotéines, cest-à-dire les à lalbumine et atteignent ainsi les cibleschylomicrons (A et p. 222 et suiv.). Il en est de suivantes (B) :même des esters apolaires du cholestérol (cf. p.222 et suiv.) et des vitamines liposolubles. 1. la musculature et de nombreux organes oùL« enveloppe » hydrophile de ces chylomicrons ils sont « brûlés », en tant que source dénergie,est formée par des lipides plus polaires dans les mitochondries et transformés en CO2 et(cholestérol, phospholipides) et des protéines. H2O (il sagit de la β-oxydation) ;Ces dernières sont synthétisées dans le 2. les adipocytes où des triglycérides sont àréticulum endoplasmique granulaire de la cellule nouveau synthétisés et stockés à partir desmuqueuse sous forme dapolipoprotéines (de acides gras libres. En cas daugmentation destype Al, AIl et B). Le mélange lipide-protéine est besoins énergétiques ou de diminution dedirigé au niveau de lappareil de Golgi vers des lapport alimentaire, les acides gras sont àvésicules sécrétoires, puis est finalement nouveau hydrolyses dans ladipocyte à partirdéversé sous forme de chylomicrons dans des triglycérides et transportés par voielespace extracellulaire ; de là, il passe dans la sanguine là où ils sont nécessaires (B). Cettelymphe intestinale et, par la suite, dans le libération dacides gras (cf. p. 246 et suiv.) estplasma sanguin systémique. En raison de sa stimulée par ladrénaline et inhibée parteneur en chylomicrons, le plasma devient linsuline.trouble pendant 20 à 30 minutes après un repas 3. le foie où des acides gras peuvent êtreriche en graisses. oxydés ou à nouveau synthétisés en triglycé-Le foie synthétise lui aussi les triglycérides ; rides. Leur transformation en VLDL étantpour cela, il prélève les acides aminés néces- limitée, il peut se produire un dépôt desaires dans le plasma ou il les élabore à partir triglycérides dans le foie (« foie graisseux ») endu glucose (B). Les triglycérides hépatiques cas dapport excessif dacide gras (y comprissont enrobés, avec les apolipoprotéines B, C et indirectement par du glucose, B).
    • 222 Nutrition et DigestionLipoprotéines, cholestérol des chylomicrons parviennent dans le foie où les lipases acides hydrolysent à nouveau lesLes triglycérides et les cholestérol-esters cholestérol-esters en cholestérol ; celui-ci peutfont partie des lipides apolaires. Leur transport dès lors, conjointement avec le cholestérol dedans le milieu aqueux de lorganisme nest l« enveloppe » des chylomicrons et le cholesté-possible que par lintermédiaire dautres subs- rol provenant dautres sources [resynthèse.tances (protéines, lipides polaires) et leur HDL (high density lipoproteins)], suivre les voiesutilisation dans le métabolisme ne peut se faire ci-après (B) :quaprès transformation en molécules polaires 1. excrétion biliaire du cholestérol (cf. ci-dessus(acides gras. cholestérol). Les triglycérides et p. 214);servent donc surtout de réserve, dans laquelleles acides gras libres peuvent être puisés à tout 2. transformation du cholestérol en sels biliaires,moment (cf. p. 220). De façon tout à fait constituants essentiels de la bile (cf. p. 214);analogue, les cholestérol-esters constituent la 3. incorporation du cholestérol dans les VLDLforme de réserve et parfois la forme de Sous laction dune lipoprotéine-lipase (LPL, cf.transport du cholestérol. Les triglycérides, situés p. 220), il se forme des résidus de VLDL etdans le « noyau » des grosses lipoprotéines (cf. finalement des LDL (low density lipoproteins)p. 220) sont transportés dans la lymphe qui livrent les cholestérol-esters aux cellulesintestinale et dans le plasma. Ainsi, les ayant des récepteurs LDL (cf. ci-après) ;chylomicrons sont constitués à 86% de 4. incorporation du cholestérol dans des «pré»-HDLtriglycérides et les VLDL (very low density discoîdales, sur lesquelles agit lenzyme LCATlipoproteins) à 56% de triglycérides (A). Les (lécithine-cholestérol-acyl-transférase). Ici, lecholestérol-esters (Cho-E) se trouvent dans le « cholestérol est transformé en cholestérol-esters quinoyau » de toutes les lipoprotéines (A). remplissent le « noyau » des « pré »-HDL qui sont transformées à leur tour en HDL sphériques. PourFont partie des lipides polaires, outre les acides cette estérification, le cholestérol est aussi capté pargras libres à chaîne longue, les lipides à les résidus des chylomicrons, les résidus des VLDL et« enveloppe » des lipoprotéines, cest-à-dire la les cellules mortes. La lécithine est en même tempsphosphatidylcholine (lécithine) et le choles- hydrolysée en lysolécithine qui est transportée (liée à lalbumine) dans le plasma et qui peut être utiliséetérol. Non seulement tous deux sont des ailleurs pour une nouvelle synthèse de la lécithine. Parconstituants essentiels des membranes cellu- la suite, les cholestérol-esters des HDL sont en grandelaires, mais le cholestérol est aussi le partie transférés (via les résidus des VLDL) sur lesprécurseur de substances aussi importantes LDL (B). Le système HDL-LCAT constitue donc unque les sels biliaires (B et cf. p. 214) et les vaste lieu de regroupement et de traitement duhormones stéroîdes (cf. p. 258 et suiv.). cholestérol et, si lon fait abstraction de la brève phase dabsorption dans lintestin, la plus importante sourceLe cholestérol est absorbé avec les aliments, de cholestérol-esters pour les cellules de lorganisme.en partie sous forme libre et en partie sous Les LDL constituent le principal véhicule pour lapportforme estérifiée. Avant dêtre réabsorbés, les de cholestérol-esters aux cellules extrahépatiques ;cholestérol-esters sont transformés en celles-ci possèdent des récepteurs LDL, dont lacholestérol par la lipase pancréatique non densité à la surface de la cellule est réglée en fonctionspécifique (cf. p. 218); à ce cholestérol sajoute des besoins en cholestérol-esters. Les LDL sont absorbées dans les cellules par endocytose et lesdans le duodénum du cholestérol provenant de enzymes lysosomiales hydrolysent les apoprotéines enla bile (B). Le cholestérol est un constituant des acides aminés et les cholestérol-esters en cholestérol,micelles (cf. p. 218) et est absorbé au niveau de Ce dernier est donc à la disposition de la cellule pourlintestin grêle supérieur. une intégration dans les membranes ou pour la synthèse stéroïdienne (cf. p. 258). En cas dexcès deLa cellule muqueuse contient au moins une cholestérol. lACAT, qui estérifie et stocke leenzyme estérifiant à nouveau une partie du cholestérol, est activée (B).cholestérol (ACAT [Acyl-CoA-Cholestérol- Les pertes quotidiennes de cholestérol dans les fècesacyltransférase]) si bien que les chylomicrons (sous forme de coprostérol) et par la peau exfoliéerenferment aussi bien du cholestérol que des sont de lordre de 0.6 g, alors que les pertes souscholestérol-esters (A) ; le premier ne provient forme de sels biliaires sélèvent approximativement àquen partie de la lumière intestinale, car la 0.4 g. Ces pertes (moins le cholestérol dans lesmuqueuse le synthétise elle-même. Après leur aliments) doivent être compensées par une resynthèsetransformation en résidus (remuants) de chylo- permanente (intestin, foie) (B).microns, le cholestérol et les cholestérol-esters
    • 224 Nutrition et DigestionDigestion des glucides et des isozymes de la pepsine. Lorsque le pH estprotéines compris entre 2 et 4 (acide chlorhydrique), la pepsine scinde les protéines, principalement auLa digestion des glucides commence dès niveau de la tyrosine ou de la phénylalanine quiquils sont dans la bouche (A et cf. p. 202). La suit le groupement carboxyl terminal de lasalive contient de la ptyaline, une α-amylase qui chaîne peptidique (cf. p. 197, B). Les isozymesest capable, à pH neutre, de scinder en oligo- et de la pepsine sont à nouveau inactivés dans ledisaccharides (maltose, isomaltose, maltotriose, duodénum lorsque le pH est voisin de laα-dextrine limite), lamidon qui représente la neutralité (pH 6,5 environ par suite du HCO3-majeure partie des glucides (incluant les venant du pancréas). A cet effet, lepolysaccharides, lamylose et lamylopectine) trypsinogène et le chymotrypsinogèneingérés avec les aliments. Ce processus de provenant du pancréas parviennent jusquaudigestion se poursuit dans lestomac «proximal» duodénum où une entéropeptidase sécrétée à(cf. p. 206) mais il est stoppé dans lestomac ce niveau transforme le trypsinogène endistal par lacidité du suc gastrique. Un pH à peu trypsine, laquelle transforme à son tour leprès neutre sétablit une nouvelle fois dans le chymotrypsinogène en chymotrypsine (cf. p.duodénum, et une α-amylase parvient à 213, A). Toutes deux sont des enzymes quinouveau dans le chyme alimentaire avec le suc peuvent scinder la molécule protéique jusquauxpancréatique (cf. p. 212). La digestion des dipeptides. En outre, la carboxypeptidasepolysaccharides peut ainsi être achevée (formée dans le pancréas) et lesjusquaux produits terminaux cités plus haut. aminopeptidases (provenant de la muqueuseLabsorption proprement dite des glucides ne intestinale) attaquent les protéines par leurpeut se produire que lorsquils sont transformés partie terminale (cf. p. 197, B). La dégradationen monosaccharides. La scission du maltose, définitive des peptides en différents acidesde lisomaltose, du maltotriose et de lα-dextrine aminés est assurée par les dipeptidaseslimite doit donc se poursuivre. A cet effet, le suc localisées au niveau de la bordure en brosse depancréatique et notamment la muqueuse de la muqueuse de lintestin grêle.liléon renferment des maltases et des iso- Les divers acides aminés sont transportés parmaltases. La 1,6-glucosidase intestinale est plusieurs systèmes spécifiques de cotransportnécessaire pour hydrolyser les différentes du Na+ (B et cf. p. 229, D3), cest-à-dire par undextrines. Le glucose, qui est le produit transport actif secondaire depuis ta lumièreterminal, est absorbé dans la cellule muqueuse intestinale jusque dans la cellule muqueuse,« en amont » (cotransport actif secondaire avec puis de là vers le sang de la veine porte,du Na+. cf. p. 229. D2) et déversé dans le sang probablement par diffusion facilitée.« en aval » par diffusion facilitée (cf. p. 10 etsuiv.). Des enzymes de la muqueuse (lactases, Les acides aminés « basiques » (arginine, lysine,saccharases) hydrolysent également dautres ornithine) ont leur propre système de transport, dedisaccharides alimentaires tels que le lactose même que les acides aminés « acides » (acideet le saccharose. Le galactose qui en résulte glutamique et acide aspartique) qui sont déjà dégradés dans la cellule muqueuse. En ce qui concerne lesest réabsorbé selon le même mécanisme de acides aminés « neutres », on ne connaît pas encoretransport que le glucose, alors que pour le exactement le nombre de systèmes de transport :fructose, seuls sont mis en jeu des méca- lhypothèse dun mécanisme dabsorption propre dunenismes de transport passifs. part aux β- et dautre part aux γ-aminoacides ainsi quà la proline, etc. est actuellement discutée (B).Si la lactase fait défaut, le lactose ne peut pasêtre hydrolyse et ne peut donc pas être Il existe une série de troubles congénitaux de la réabsorption spécifique des groupes dacides aminésréabsorbé. Ce déficit enzymatique provoque qui sont souvent combinés à des troubles similaires audes diarrhées car, pour des raisons osmotiques, niveau du tubule rénal (amino-aciduries rénales) (lorsle lactose retient leau dans la lumière dune cystinurie par exemple).intestinale, et les bactéries intestinales le De plus, lintestin grêle est capable dabsorber, sanstransforment en substances toxiques. transformation, certains di- et tripeptides. Comme dans le rein, (cf. p. 128), cette absorption seLa digestion des protéines commence dans fait par des transporteurs présents dans la membranelestomac (B). Lacide chlorhydrique qui y est des cellules luminales. Là où le transport des peptidessécrété active les pepsinogènes provenant + est actif, il est gradient H dépendant.surtout des cellules principales de la muqueusegastrique et les transforme en plusieurs
    • 226 Nutrition et DigestionAbsorption des vitamines Sous sa forme métaboliquement active (acide tétrahydrofolique), lacide folique ou acide ptéroyl-Les cobalamines (vitamines B12) sont glutamique (Pte-Glu,) est indispen-sable, à lasynthétisées par des microorganismes et synthèse de lADN (besoins quotidiens ; 0,1 à 0,2 mg)constituent des éléments indispensables de (cf. p. 62 et suiv.).lalimentation des animaux supérieurs. Lesprincipales sources de cobalamines sont Les réserves dacide folique dans lorganismedorigine animale : ce sont le foie, les reins, la (7 mg environ) suffisent à répondre aux besoinsviande, les poissons, les œufs et le lait. durant quelques mois. Une anémie macrocytaire, une leucopénie et uneÉtant donné que les cobalamines (CN-, OH-, thrombopénie, des diarrhées, des troubles cutanés etméthyl-, adénosyl-cobalamine) sont des molé- des phanères, etc. sont autant de symptômes decules relativement grosses et difficilement lipo- carence. Les aliments contiennent de lacide foliquesolubles, labsorption intestinale nécessite la sous des formes ayant à la place dun acide ptéroyi-mise en jeu de son propre mécanisme de glutamique (Pte-Glu) jusquà 7 résidus de glutamyletransport (A). Au cours de leur passage dans (chaînes γ-peptidiques) (Pte-Glu7). Étant donné quelintestin et dans le plasma, les cobalamines seul le Pte-Glu1 peut être absorbé dans la lumièresont liées à trois types de protéines: 1. le intestinale (jéjunum proximal) (B), il faut que la chaîne polyglutamyle soit raccourcie par des enzymesfacteur intrinsèque (FI) dans le suc gastrique spécifiques (ptéroyl-polyglutamate-hydrolases) avant(formé par les cellules bordantes), 2. la labsorption. Elles sont probablement localisées autranscobalamine II (TCII) dans le plasma, 3. la niveau de la membrane luminale de la muqueuseprotéine R dans le plasma (TCI), les intestinale. Labsorption du Pte-GlU1 est assurée pargranulocytes (TCIII), la salive, la bile, le lait. etc. un mécanisme de transport actif spécifique. Par la suite, dans la cellule muqueuse, le Pte-Glu1 forme deLes cobalamines sont détachées des protéines Iacide 5-méthyl-tétrahydrofolate (5-Me-H4-Pte-Glu1)alimentaires par lacide gastrique et essentielle- parmi dautres métabolites (B). Lorsque ceux-ci sontment liées à la protéine R de la salive et aussi déjà présents dans les aliments, ils sont aussi(à un pH élevé) au FI. Dans te duodénum, la absorbés dans la lumière intestinale selon leprotéine R est digérée par la trypsine: la mécanisme de transport cité plus haut. Il en va decobalamine est libérée, puis reprise par le FI même pour le méthotrexate qui est un médicament à(résistant à la trypsine). La muqueuse de liléon action cytostatique. En cas de défaillance du systèmerenferme des récepteurs très spécifiques pour de transport spécifique, lapport alimentaire en acide folique doit être multiplié par 100 afin datteindre unele complexe cobalamine-FI ; elle fixe le réabsorption suffisante (par diffusion passive). Lacomplexe et labsorbe dans ses cellules par cobalamine est indispensable pour la tansformation duendocytose. Cette opération nécessite la pré- 5-Me-H4-Pte-Glu1 en acide tétrahydrofoliquesence dions Ca2+ et un pH> 5,6 (A). La densité métaboliquement actif.des récepteurs et donc labsorption augmententpendant la grossesse (A). Les autres vitamines hydrosolubles [B1 (thiamine), B2 (riboflavine), C (acide ascorbique) et HDans le plasma, la cobalamine est liée à TCI, II (biotine, niacine)] sont absorbées par un mécanismeet III. TCII sert essentiellement au transport vers de transport actif secondaire, conjointement avec du +les cellules qui se renouvellent rapidement dans Na (cotransport), donc de façon tout à fait similaire aulorganisme (récepteurs TCII, endocytose). TCIII glucose ou aux acides aminés (C). Le lieu de(provenant des granulocytes) apporte la réabsorption est le jéjunum et, pour la vitamine C,cobalamine en excès et les dérivés de la liléon. Les vitamines B 6 (pyridoxal. pyridoxine, pyridoxamine) ne sont probablement réabsorbées quecobalamine indésirables jusquau foie (récep- passivement (simple diffusion).teurs TCIII) où ils sont stockés et excrétés. TCI(demi-vie : env. 10 j) sert de réserve à court La réabsorption des vitamines liposolublés [Aterme pour les cobalamines dans le plasma (A). (axérophtol). D2 (cholécalciférol). E (tocophérol),Une alimentation exclusivement végétale ou des K1(phylloquinone). K2 (farnoquinone)] tout comme latroubles de labsorption des cobalamines provoquent réabsorption des lipides, nécessite la formation dede graves symptômes de carence comme lanémie micelles et un continuum hydrocarboné (cf. p. 218).pernicieuse, des lésions de la moelle épinière Les mécanismes dabsorption restent inexpliqués (en(myélose funiculaire), etc. Ces troubles napparaissent partie saturables et dépendants de lénergie). Lequau bout de plusieurs années, car la quantité stockée transport dans le plasma seffectue après incorporationdans lorganisme représente environ 1 000 fois la dans des chylomicrons et des VLDL (cf. p. 220 etquantité nécessaire chaque Jour, cest-à-dire 1 µg suiv.).(cf. p. 62 et suiv.).
    • 228 Nutrition et DigestionRéabsorption de leau et des substances muqueuse intestinale à lH2O et aux petites moléculesminérales au niveau de la barrière entre deux cellules (« tight »Lhomme ingère en moyenne 1,5 l deau junctions), ce flux de Cl-, de K+ et dH2O se produit surtout entre les cellules (flux paracellulsire) (D à(boissons, aliments) chaque jour. Par ailleurs, gauche :quotidiennement 6 l sont déversés en plus dans Cl-).le tube digestif avec la salive, le suc gastrique, 4. Le Na+ et dautres substances de faible poidsla bile, le suc pancréatique et le suc intestinal. moléculaire sont « entraînés » (solvent drag ; cf. p. 10)Etant donné que seulement 0,1 l/j est excrété par le flux dH2O de réabsorption des mécanismes 1 àavec les fèces, il faut donc que le tube digestif 3. Il sagit ici également dun processus paracellulaire.en réabsorbe au minimum 7,4 l/j. Cette Une sécrétion de Cl- se produit aussi dans lesréabsorption deau a lieu principalement dans le cellules épithéliales des cryptes de Lieberkuhn (cf. p.jéjunum, dans Iiléon et aussi, pour une faible 211, A8). Ici, le cotransport de Na+ et de Cl- a lieu dupart, dans le côlon (A). sang vers la cellule. Le flux de Cl- vers la lumière est accéléré par lAMPc et sous contrôle du VI P (peptidesLes mouvements deau à travers la paroi de la intestinaux vasoactifs) et des prostaglandines. Lamembrane sont conditionnés osmotiquement. Lorsque toxine cholérique bloque la GTPase de la Gs-des particules osmotiquement efficaces, comme Na+ protéine, et de ce fait maintient une activationet Cl-, sont absorbées, leau « suit » ; au contraire, si permanente de ladénylcyclase (cf. p. 242) conduisantdes substances sont sécrétées dans la lumière ou si à une augmentation maximale du taux dAMPc. Du faitdes substances non réabsorbables sont ingérées avec de laccroissement de la sécrétion de Cl-, dautres ionsles aliments, leau sécoule alors vers le pôle luminal. et de grandes quantités deau sont déversés dans laAinsi, les sulfates difficilement réabsorbables agissent lumière, ce qui provoque des diarrhées dont le volumecomme des laxatifs. La réabsorption de leau dans peut atteindre 1 l/h. Les rôles physiologiques de cettelensemble de lintestin est généralement bien « sécrétion » dH2O pourraient être : a) la liquéfactionsupérieure à la sécrétion (différence : ≈ 7,4 I, cf. ci- dun chyme trop visqueux, b) lépuration des produitsdessus). des celulles de Paneth (cf. p. 210), et c) uneLa force motrice de labsorption de leau dans lintestin recirculation de lH2O (cryptes à lumière à villositésréside surtout dans labsorption du Na+ (et du Cl-) (B). à cryptes) afin de stimuler la réabsorption desLe Na+ est absorbé par plusieurs mécanismes : la « substances mal dissoutes.pompe » à Na+ et K+ (ATPase) sur le côtébasolatéral de la cellule est, dans tous les cas, Le HCO^ du suc pancréatique tamponne le chyme fsuclélément essentiel. Elle maintient la concentration du gastrique acide) ; un excès dHCO;, est réabsorbé +Na dans la cellule à un faible niveau et le potentiel dans le jéjunum (A).cellulaire à un niveau élevé. Le HCO3- est en outre sécrété dans lintestin grêle et le1. Cotransport du Na+ avec du CI- : le Na+ sécoule gros intestin (protection contre les acides; stabilité du« en aval » (gradient chimique et électrique) contre la pH). Lors de diarrhées, il se produit une perte dHCO3-membrane cellulaire luminale, et le Cl- avec le (acidose « métabolique », cf. p. 114) : les fèces ne«carrier» commun (D2) « en amont » dans la cellule. contiennent presque pas de Na+ et de Cl-; par contre,Le Cl- quitte à nouveau la cellule « en aval ». Ce 2+ elles renferment au moins 1/3 du Ca absorbé.transport assure la majeure partie de la réabsorptiondu Na+, du Cl- et de H2O hors de lintestin et est Le K+ est sécrété dans liléon et le côlon (A, C) et ilinfluencé par des hormones et des substances apparaît très concentré dans les fèces (environ 90transmettrices par lintermédiaire de lAMPc (cf. p. mmol/l ; pertes de K+ lors de diarrhées !). Une carence242). en vitamine D (rachitisme) ou certaines substances 2+ donnent avec du Ca des composés insolubles dans2. Cotransport du Na+ avec des substances leau (phytine, oxalate, acides gras) réduisant laorganiques : le flux de Na+ dans la cellule est ici 2+ réabsorption du Ca dans lintestin. Tout comme leutilisé pour le transport du glucose, des acides aminés, Ca2+, le Mg2+ est réabsorbé dans lintestin alors que ledes vitamines, des acides biliaires, etc. « en amont » fer (Fe) est soumis à un mode de réabsorption spécialdans la cellule (D3). (cf. p. 62).3. Le Na+ est aussi absorbé seul dans une faibleproportion au moyen de canaux à travers la Côlon, rectum, défécation, fècesmembrane luminale (iléon, rectum; D1) (ce transportdu Na+ subit linfluence de laldostérone, cf. p. 150). La dernière partie du tube digestif est constituée duLentraînement de la charge positive conduit à un gros intestin (caecum et côlon, 1,3 m de long environ)potentiel transcellulaire négatif du côté luminal et du rectum (cf. p. 200). La muqueuse du gros(transport « électrogène » : cf. p. 15), le long duquel intestin est caractérisée par la présence de profondespeut se produire soit une réabsorption du Cl- (intestin invaginations (cryptes) recouvertes essentiellement pargrêle supérieur), soit une sécrétion de K+ (iléon ; C). des cellules muqueuses, appelées cellulesEn raison de la perméabilité relativement élevée de la caliciformes.
    • 230 Nutrition et DigestionUne partie des cellules superficielles (avec une absolument indispensable : en cas de tumeurs, onbordure en brosse, cf. aussi p. 210) sert à la peut en enlever une grande partie.réabsorption. Défécation. La fermeture de lanus (orifice terminal duLe gros intestin sert de lieu de stockage pour tube digestif) est réglée par plusieurs mécanismes (B)le contenu intestinal (1er stockage : caecum et déclenchés par : la valvule de KohIrausch (B1), qui sinsère entre deux valvules superposées. Au fur et àcôlon ascendant ; 2e stockage : rectum). A son mesure que le rectum supérieur (ampoule rectale) (B6)niveau, la résorption de leau et des électrolytes est rempli par le contenu intestinal, des récepteurs de(cf. p. 228) du contenu intestinal (chyme) se pression (B7) sont stimulés, ce qui déclenche le besoinpoursuit. Ainsi, les chymes de 500 à 1500 ml, de déféquer (B). La défécation (B) correspond à laqui apparaissent chaque jour dans le gros satisfaction volontaire (dans la majorité des cas) de ceintestin, sont concentrés à 100-200 ml environ. besoin.Motilité. Quand les aliments pénètrent dans Pour cela, les muscles longitudinaux du rectum se contractent (B8), les valvules (B1) se rejoignent, leslestomac, la valve iléo-caecale se relâche, deux sphincters de lanus (anal intgerne à motricitépermettant à lintestin grêle de vider son involontaire, B3, et anal externe à motricité volontaire.contenu dans le gros intestin (réflexe gastroiléal B4) et les muscles puborectaux (B2) se relâchent,ou réflexe gastrocolique). Le gros intestin est le lintestin se rétracte et les muscles circulaires (B9),siège de différents mouvements mixtes locaux ; aidés par la sangle abdominale (B10), poussent lesles fortes constrictions transversales sont des fèces et les évacuent.mouvements caractéristiques. Des Les fèces (C) sont constitués pour 1/4 environ demouvements péristaltiques de masse se substances sèches dont 1/3 proviennent de bactériesproduisent également toutes les 2 à 4 heures. qui sont les hôtes physiologiques du gros intestin. LaLes mouvements de masse requièrent lintégrité fréquence