![3. Pression osmotique :
- La pression osmotique équivaut à la pression hydrostatique qu’il faudrait exercer pour
annuler l’effet de la présence des solutés.
- OsmolaRité ≠ osmolaLité (même raisonnement que pour molaRité ≠ molaLité).
- mOsm / L = mmol / L × n _ particules
- La pression osmotique est surtout développée par des molécules de faible masse et
des électrolytes dissociés (=> les protéines développent une faible pression
osmotique).
- Par référence à la pression osmotique du plasma normal :
o Isotonie = même pression osmotique.
o Hypotonie = pression osmotique inférieure.
o Hypertonie = pression osmotique supérieure.
- Gradients de pressions osmotiques => transferts passifs d’eau par osmose.
Les transferts d’eau entre les différents compartiments liquidiens de l’organisme sont
principalement régis par des gradients de pressions osmotiques.
4. Potentiel acide : pH :
- [ ]
pH = − log H + = log
1
[ ]
H+
-
5. Remarques pour les calculs en rapport avec les protéines plasmatiques :
- Dans le plasma, les protéines sont sous forme d’anions : 1 mEq d’anions protéinates
correspond environ à 4,5 g de protéines.
- Il n’existe pas d’expression molaire (en mmol/L) pour les protéines plasmatiques mais
seulement une expression molale (en g/L) (car, du fait de leur grande diversité, il serait
hasardeux de considérer une masse molaire moléculaire moyenne).
- La pression osmotique des protéines plasmatiques est de 1,5 mOsm/L (majorée par
effet Donnan).
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![Fiche 9 :
Composition du volume plasmatique
(ionogramme plasmatique)
Plasma Sérum
Surnageant obtenu par centrifugation de sang Surnageant obtenu par centrifugation de sang
avec anticoagulant. sans anticoagulant.
=> sérum = plasma – fibrinogène.
- Description du plasma :
O Liquide jaune clair.
O 2,2 fois plus visqueux que l’eau.
O Limpide à jeun / trouble, opalescent après un repas riche en graisses.
- Composition du plasma :
O Eau : 90-92 % du plasma.
O Protéines : 70-72 g/L de plasma.
O Substances organiques non protéiques : azotées, glucidiques, lipidiques…
O Constituants minéraux et substances ionisées (même si dissociation
électrolytique pas toujours totale) => ionogramme plasmatique.
- Ionogramme plasmatique (Bilan Electrolytique Sanguin) :
Cations Anions
O Na : natrémie = 140 mEq/L
+
O Cl : chlorémie = 103 mEq/L
-
O K+ : kaliémie = 3,5-5 mEq/L (sans O HCO3− : bicarbonatémie = 25 mEq/L
hémolyse par garrot ni contractions (légèrement supérieure dans le plasma
musculaires) veineux)
O Ca2+ : calcémie = 5 mEq/L mais seuls 50% O Protéinates (Pr-) : protéinémie = 16 mEq/L
sous forme ionisée (les autres 50% sont (1 mEq ≈ 4,5 g de protéinates)
liés aux protéines) O PO4 − : phosphatémie = 2 mEq/L
3
O Mg2+ : magnésémie = 1,8 mEq/L mais
seuls 65 % sous forme ionisée (les autres O SO4 − : sulfatémie = 1 mEq/L
2
35 % sont liés aux protéines) O Anions organiques (citrates, lactates,
O Fe2+, Zn2+, Cu2+ : 0,2 mEq/L pyruvates…) = 4-5 mEq/L
/! Ca2+ et Mg2+ sont bivalents.
Total des cations ≈ 152 mEq/L Total des anions ≈ 152 mEq/L
Par conséquent, le plasma :
O Est électriquement neutre.
O Correspond principalement à une solution de NaCl et de NaHCO3 (car Na+, Cl-
−
et HCO3 sont les principaux ions le composants).
O La quantité de Na+ détermine le volume plasmatique (et, plus globalement, le
volume des liquides extra-cellulaires).
Lors d’une variation isotonique de Na+, ce n’est pas la natrémie ([Na+]) qui change
mais la quantité de Na+ contenue dans le plasma => le volume plasmatique
change proportionnellement.
Exemple d’un gain isotonique de Na+ : + 140 mEq de Na+ avec 1 L d’eau
(=> natrémie constante).
O Anions indosés = [ Na ] − ([Cl ] + [ HCO3 ]) < 12 ± 3mEq / L (si physiologique).
+ − −
En cas de valeur supérieure, on parle de « trou anionique » (acidose).
O Emploi de préfixes : « normo- », « hyper- », « hypo- ».
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![Fiche 10 :
Pression osmotique plasmatique
- Pression osmotique totale (POT) :
O Calculée à partir de la mesure de l’abaissement du point de congélation du
plasma (∆t°C cryoscopique en prenant pour référence le point de congélation de
l’eau pure soit 0°C).
O POT ≈ 290 mOsm/kg.
- Pression osmotique efficace (POE) :
O Un soluté très diffusible ne crée pas de gradient de concentration => pas de
gradient de pression osmotique (PO) => on ne considère pas ce soluté.
O POE = POT – PO développée par les solutés très diffusibles (urée et
glucose).
O => POE ≈ 290 – 10 ≈ 280 mOsm/kg.
- Calcul approché :
O POT ≈ 2 [Na+] + azotémie + glycémie ≈ 2 x 140 + 5 + 5,5 ≈ 290 mOsm/kg.
O POE ≈ 2 [Na+] ≈ 2 x 140 ≈ 280 mOsm/kg.
- => La concentration du Na+ (= [Na+] = natrémie) détermine la pression osmotique
du plasma (et, plus globalement, la pression osmotique des liquides extra-
cellulaires).
Variation non isotonique de Na+ (hypo- ou hypertonique) => variation de la natrémie
=> de la PO plasmatique.
Exemple d’un gain hypertonique de Na+ : + 140 mEq de Na+ pour seulement 1 L d’eau
=> augmentation de la natrémie => augmentation de la POE.
Or les gradients de PO sont à l’origine de transferts passifs d’eau par osmose.
=> Une augmentation de la natrémie tend à faire augmenter dans le temps le
volume plasmatique (et, plus globalement, le volume des liquides extra-cellulaires)
(aux dépens du volume liquidien intra-cellulaire) (voir explication page suivante).
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![Fiche 11 :
Liquide interstitiel : milieu intérieur
- Le milieu intérieur est délimité par la surface cutanée, la paroi des capillaires sanguins et
la membrane plasmique des cellules.
- Il n’y a pas de mesure directe : VLI = VLEC – VP = 20 – 4 = 16 % du poids du sujet.
- Le liquide interstitiel est hétérogène car il comprend :
O Le liquide interstitiel proprement dit = lymphe non canalisée.
O La lymphe canalisée (dans les vaisseaux lymphatiques).
O Les liquides transcellulaires (LCR, liquides de l’œil et de l’oreille interne,
liquides dans les séreuses, dans le tube digestif, dans les néphrons…).
- Etude du liquide interstitiel proprement dit (lymphe non canalisée) :
O Structure physique : gel à une pression infra-atmosphérique :
Gel : matière physique relativement déshydratée.
Eau et substances dissoutes sont enfermées dans une trame de cellules et
de fibres protéiques.
La pression hydrostatique interstitielle est dite « négative » (car infra-
atmosphérique) : Pi = - 3 mmHg.
Le volume liquidien interstitiel (VLI) peut augmenter d’environ 30-40 %
sans que la pression dans le milieu interstitiel ne dépasse la pression
atmosphérique.
Au-delà de la pression atmosphérique, la pente est plus élevée et l’inflation
du volume interstitiel est telle qu’elle devient visible et palpable : oedèmes.
O Composition : ultra-filtrat plasmatique :
Ultra-filtrat plasmatique : plasma (quasi-)dépourvu de protéines.
Vocabulaire : pression oncotique = pression colloïde osmotique =
pression osmotique développée par les protéines.
Paroi des capillaires de la grande circulation
(semi-perméable)
Liquide plasmatique (dans un capillaire) Liquide interstitiel
[protéinates] = 72 g/L > [protéinates] = 2 g/L
=> pression oncotique capillaire : => pression oncotique interstitielle :
πc = 25 mmHg = 1,5 mOsm/kg > πi = 4 mmHg
Différence majeure entre liquide plasmatique et liquide interstitiel.
Rôle fonctionnel majeur.
Il y a davantage d’anions protéinates dans le liquide plasmatique par rapport au liquide
interstitiel.
Le liquide interstitiel comporte plus d’anions non protéiques et un peu moins de cations
(Na+) :
- -
[Cl ] = 103 mmol/L < [Cl ]+ = 110 mmol/L
[Na+] = 140 mmol/L > [Na ] = 132 mmol/L
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![Fiche 12 :
Liquide intra-cellulaire
- VLIC = VHT – VLEC = 60 – 20 = 40 % du poids chez un sujet moyen.
- Composition difficile à déterminer :
O Problème du prélèvement => on préfère des cellules accessibles et en grand
nombre : par simple prise de sang (hématies, leucocytes), par culture cellulaire...
O Toutes les cellules n’ont pas la même composition en eau et en substances
minérales quant à leur liquide intra-cellulaire.
Exemples : hépatocyte : 70 % d’eau / adipocyte : 10 % d’eau.
- Composition du liquide intra-cellulaire :
Cations principaux Anions principaux
+
O K : [K ] ≈ 150 mEq/L >> kaliémie
+
O PO 3−
4
(=> presque tout le K+ de l’organisme se O Protéinates ++
trouve à l’intérieur des cellules). O SO4 − .
2
O Mg2+ : [Mg2+] ≈ 40-50 mEq/L >> magnésémie.
O Peu de Na+ : [Na+] << natrémie.
Le liquide intra-cellulaire a une composition totalement différente de celle du liquide
extra-cellulaire (et notamment de celle du plasma sanguin).
Il faut en permanence des transports actifs pour maintenir cette différence de
composition.
Ces transports actifs sont coûteux en énergie.
Dépense énergétique permanente.
- Remarque : dans le liquide intra-cellulaire :
O La dissociation électrolytique est incomplète.
O De nombreux ions sont liés aux protéines (=> ne développent pas eux-mêmes
une pression osmotique supplémentaire).
=> malgré les différences de concentrations ioniques entre ces deux liquides,
POintra-cellulaire ≈ POextra-cellulaire (à l’état physiologique).
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![Fiche 15 :
Echanges entre plasma et liquide interstitiel
1. Voie principale : échanges transcapillaires.
- Capillaires de la circulation systémique :
O Très grande surface d’échanges.
O Variable : multipliée par 3 à 4 lors d’une vasodilatation.
a) Par diffusion :
- Liquide plasmatique et liquide interstitiel ont une agitation permanente => il s’effectue
des transferts massifs dans les 2 sens, de plusieurs dizaines de litres par minute.
- Cependant, ces transferts se font également dans les 2 sens => ils ne modifient ni le
volume plasmatique, ni le volume liquidien interstitiel.
b) Par (ultra-)filtration / réabsorption : relation pressions hydrostatiques / pressions
oncotiques (schéma de Starling).
- J v = K f ( ∆ P − ∆ π ) = K f [ ( Pc − Pi ) − (π c − π i )] avec :
O J v : flux transcapillaire par unité de temps.
O K f : coefficient d’ultra-filtration, caractérise la perméabilité du capillaire en
fonction de la perméabilité hydraulique et de la surface d’échanges des capillaires
(selon le type de capillaire et son état de vasomotricité).
O Pc : pression hydrostatique capillaire, décroît entre le pôle artériel (où
Pc = 27 mmHg ) et le pôle veineux (où Pc = 12mmHg ) => Pc > 0 => favorise la
sortie de liquide plasmatique.
O Pi : pression hydrostatique interstitielle, Pi = − 3mmHg , « négative » car infra-
atmosphérique => favorise la sortie de liquide plasmatique.
O π c : pression oncotique capillaire, π c = 25mmHg > 0 => favorise l’entrée de liquide
interstitiel.
O π i : pression oncotique interstitielle, π i = 4mmHg > 0 => favorise la sortie de
liquide plasmatique.
- Se référer au schéma « Echanges capillaires par filtration-réabsorption » du polycopié
p16.
Pôle artériel Pôle veineux
Pc = 27 mmHg Pc = 12mmHg
=> Pf = ∆ P − ∆ π = [ ( Pc − Pi ) − (π c − π i )] => Pf ' = [12 − (− 3)] − ( 25 − 4) = 15 − 21
=> Pf = [ 27 − (− 3)] − (25 − 4) = 30 − 21 => Pf ' = − 6mmHg < 0
=> Pf = 9mmHg > 0 => la force résultante est orientée de l’extérieur
=> la force résultante est orientée de l’intérieur vers l’intérieur du capillaire : réabsorption.
vers l’extérieur du capillaire : filtration. On définit ainsi : Pr = 6mmHg (> 0 car de sens
opposé à celui de Pf ' ).
=> Pr < Pf
=> force de rappel < force d’expulsion.
(réabsorption) (filtration)
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![Fiche 16 :
Echanges entre liquide interstitiel et liquide intra-cellulaire
Se référer au schéma du polycopié p18.
- Remarques :
o Sur les transferts passifs par diffusion : les transporteurs protéiques (intervenant
dans la diffusion facilitée) augmentent le débit de transfert mais sont
saturables.
o Sur les transports actifs :
Primaires : les pompes ioniques ATPasiques hydrolysent de l’ATP pour
leur fonctionnement => dépense d’énergie. La plus répandue est la 3Na
+
/2K+ATPase qui se trouve au niveau des membranes plasmiques de
toutes les cellules (et qui est à l’origine du potentiel transmembranaire).
C’est grâce à l’existence de ces pompes qu’existent et que sont
maintenues les différences de concentration entre liquide intra-
cellulaire et liquide extra-cellulaire (sinon mort cellulaire).
Secondaires et tertiaires : créent un gradient de concentration G’ en
utilisant l’énergie d’un 1er gradient de concentration G. En effet, en
entrant dans la cellule du fait de son gradient de concentration, le Na+
entraîne l’entrée du glucose (symport, co-transport Na+/Glc) et la sortie
du Ca2+ (échangeur, antiport Na+/Ca2+). Dans ces transports actifs, l’ion
qui a entraîné le transport est toujours mobilisé dans le sens de son
gradient de concentration alors que la substance transportée est
toujours mobilisée contre son gradient de concentration.
o Sur les transports passifs de l’eau par osmose :
En fonction des gradients osmotiques : des zones de faible pression
osmotique (PO) vers les zones de PO élevée.
En physiologie, la PO intra-cellulaire est fixe => les gradients osmotiques
sont presque exclusivement dus aux changements de la PO extra-
cellulaire.
=> Les variations de la PO efficace des liquides extra-cellulaires (LEC)
(=> la natrémie) règlent les transferts hydriques et le volume des
liquides intra-cellulaires (LIC) (l’hydratation cellulaire).
Exemple : pertes hypotoniques => le sujet perd plus d’eau que de Na+
=> augmentation de la [Na+] : hypernatrémie => augmentation de la PO
des LEC => sortie d’eau de la cellule, passivement : déshydratation
cellulaire.
Ainsi :
Pertes hypotoniques ou gains hypertoniques => augmentation de la
natrémie => augmentation de la PO des LEC => déshydratation
cellulaire.
Pertes hypertoniques ou gains hypotoniques => diminution de la
natrémie => diminution de la PO des LEC => hyperhydratation
cellulaire.
Transferts hydriques : très peu à travers la membrane plasmique (car
hydrophobe) mais par aquaporines.
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![Corrections :
QCM 1 : CDE
mg / L 19,06.10 3
A : MgCl2 : mmol / L = = = 200
masse _ molaire _(moléculaire _ ou _ atomique) 24,3 + 2 × 35,5
17,55.10 3
NaCl : mmol / L = = 300
23 + 35,5
B : Les concentrations ioniques des deux solutions sont différentes :
MgCl2 : mEq / L = mmol / L × valence = 200 × 4 = 800
NaCl : mEq / L = 300 × 2 = 600
C : MgCl2 : mOsm / L = mmol / L × n _ particules = 200 × 3 = 600
NaCl : mOsm / L = 300 × 2 = 600
D et E : électro-neutralité !
QCM 2 : ABC
mg / L 11,324.10 3
A : KCl : mmol / L = = = 152
masse _ molaire _(moléculaire _ ou _ atomique) 39 + 35,5
11,100.10 3
CaCl2 : mmol / L = = 100
40 + 2 × 35,5
B : KCl : mEq / L = mmol / L × valence = 152 × 2 = 304
CaCl2 : mEq / L = 100 × 4 = 400
+ − [KCl] 152
C : KCl : électro-neutralité => [K ] = [Cl ] = = = 51
2 2
=> K+ : mEq / L = mmol / L × valence = 51 × 1 = 51
[CaCl 2 ] 100
CaCl2 : électro-neutralité => [Ca 2+ ] = 2[Cl − ] = = = 50
2 2
=> Ca2+ : mEq / L = mmol / L × valence = 51 × 1 = 51
D : électro-neutralité => cette solution contient autant de mEq de cations que d‘anions.
E : KCl : mOsm / L = mmol / L × n _ particules = 152 × 2 = 304 > 290 > 280
CaCl2 : mOsm / L = 100 × 3 = 300 > 290 > 280
QCM 3 : C
A : nul puisqu’il s’agit d’un sujet sain.
B : 140 mmol/L (environ) puisqu’il s’agit d’un sujet sain.
C : Gains : ingestion de 20 g de NaCl soit 20 × 17 = 340 mmol de Na+ (puisque 1g de sel
correspond à 17 mmol de Na+).
Pertes : pertes fécales et sudorales de 25 mmol de Na+ + pertes rénales (x) qui permettent
l’annulation du bilan sodé.
i. x = 340 – 25 = 315 mmol.
D et E : tous les volumes liquidiens de ce sujets ont normaux puisqu’il s’agit d’un sujet sain !
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![Fiche 10 :
Les amines biogènes
1) La sérotonine, l’histamine.
2) Les catécholamines.
Dopamine Noradrénaline Adrénaline
Structure Commune : -Cycle catéchol
-1 radical aminé
Synthèse Tyrosine=>[…]=>Dopamine =>Noradrénaline => Adrénaline
Production et Produite et utilisée Produite au niveau Produite au niveau
action au niveau du SNC. du tronc cérébral ; de la médullo-
les neurones la surrénale +++ et +/-
Rmq : Le taux de produisant sont au niveau du SNC.
dopamine dans le très ramifiés et se C’est une hormone.
SNC est augmenté projettent très
par l’alcool, le largement. La
cannabis, les noradrénaline a
opiacés et la donc une influence
cocaïne. très importante sur
le SNC.
Les neuro-modulateurs sont des substances très voisines des neuro-transmetteurs mais qui
agiraient au niveau de la synapse d’une manière plus diffuse dans l’espace et dans le temps.
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Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 53](https://image.slidesharecdn.com/polyphysiologie2008-2009-120518181307-phpapp02/85/Poly-physiologie-2008-2009-53-320.jpg)
![9- Concernant les récepteurs cholinergiques, il est exact que : (QCM 8 du concours
2004, dans le même style: QCM concours 2005).
A- Les récepteurs cholinergiques de la jonction neuro-musculaire sont à la fois des
récepteurs nicotiniques et des récepteurs ionotropes.
B- Les récepteurs cholinergiques de type nicotinique sont exprimés au niveau du SNC.
C- L’activation de ces récepteurs au niveau du cœur provoque une augmentation de la
fréquence cardiaque.
D- Les récepteurs cholinergiques de type nicotinique sont la cible de l’α neurotoxine de
cobra.
E- Leur stimulation au niveau du muscle du sphincter de l’iris provoque un myosis
(constriction de la pupille).
Corrections :
QCM 1 : ABE
On a :
-Une Na+/K+ ATPase
-Des canaux sodiques
-Des canaux potassiques
Il est important de se rappeler les concentrations des différents ions dans les compartiments
intra- et extra-cellulaires. (Même si dans cet énoncé, elles sont données)
Extra-cellulaire Intra-cellulaire
Na+/K+ ATPase
Na++ 150mM 15mM
Canaux sodiques
K+ 5mM 150mM
Canaux potassiques
Mb plasmique
On raisonne en valeur absolue. (Ainsi, |-90 mV| > |-70mV|)
A- VRAI.
B- VRAI=> En effet, si on diminue le nombre de canaux Na+ ouverts, la quantité d’ions
Na+ passant dans le compartiment intra-cellulaire va diminuer. L’écart de [Na+] entre
les compartiments intra- et extra-cellulaires va donc augmenter = le gradient de
concentration augmente = la différence de potentiel augmente. (Le potentiel de repos
se s’éloigne donc de 0, il augmente)
C- FAUX=> Cela reviendrait à augmenter le nombre de canaux potassiques ouverts
(cf A)
D- FAUX=> En augmentant la concentration extra-cellulaire du K+, on diminue le
gradient de concentration. Cas identique aux items A et C.
E- VRAI=> La Na+/K+ ATPase a pour rôle de maintenir les gradients de concentration,
ainsi si on augmente son activité, la différence de potentiel trans-membranaire
augmente.
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![Fiche 1 :
Structure du muscle strié squelettique (rappels)
et mécanismes moléculaires de la contraction
1) Rappels : structure du muscle strié squelettique.
-Cellule musculaire squelettique= fibre musculaire.
-Fusion de cellules indifférenciées mononuclées : les myoblastes.
-Forme cylindrique.
-Multi-nucléées.
-En MO : Alternance de bandes claires et sombres.
- Présence de filaments fins et épais arrangés en myofibrilles.
-Filaments épais : uniquement myosine.
-Filaments fins : actine + protéines régulatrices : tropomyosine
et troponine. (Voir cours d’histologie du 1er quadrimestre)
2) Mécanismes moléculaires de la contraction.
a) Couplage excitation/contraction et importance du Réticulum Sarcoplasmique (RS).
Importance morphologique: le réticulum sarcoplasmique forme des manchons autour
de chaque myofibrille. (Formation de tubules longitudinaux)
Tubule
transverse
permet la propagation
des potentiels d’action
Provoque l’ouverture des canaux Ca Mécanismes qui assurent la
++
du RS. diminution du Ca++.
=> Augmentation du Ca++ libre intra- -Lorsque la [Ca++]
cellulaire. approche 10-6 mol /L, il
=> Rétro-action positive qui se lie à des sites de
participe à l’ouverture des canaux basse affinité, ce qui
calciques. entraîne la fermeture
Au repos, [Ca++]=10-7 mol/L. des canaux.
A la suite du potentiel d’action, [Ca+ -Il existe des protéines
+
]=10-6 mol/L. de pompage du Ca++ du
cytosol vers la lumière du
Il y aura ensuite liaison du Ca++ sur la RS (ATP dépendantes).
troponine…
(Voir paragraphe suivant).
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Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 63](https://image.slidesharecdn.com/polyphysiologie2008-2009-120518181307-phpapp02/85/Poly-physiologie-2008-2009-63-320.jpg)
![Fiche 4 :
Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique
-La [ATP] varie beaucoup entre l’état de repos et l’état de contraction.
-L’ATP n’est pas stocké et la quantité d’ATP qu’il existe dans les fibres musculaires
squelettiques sera consommée en quelques secousses.
-=>Nécessité de renouveler l’ATP.
-Il existe trois voies :
-La phosphorylation de l’ADP par la phosphocréatine.
-La phosphorylation oxydative dans les mitochondries.
-La phosphorylation par la voie glycolytique dans le cytoplasme.
1) Exercice.
a) Phosphorylation de l’ADP par la phosphocréatine.
- Elle intervient au début de l’activité contractile. C’est une voie rapide.
- ADP+Phosphocréatine Créatine Kinase ATP +(Créatine)
- Loi d’action de masse :
-Au repos : [ATP] > [ADP] => Cela favorise la constitution de
phosphocréatine. (Dont la concentration est 5 fois supérieure à celle de l’ATP)
-Au début de la contraction, l’ATP est consommé et la [ADP] augmente.
Il y a formation d’ATP par la créatine kinase.
- Les stocks en phosphocréatine sont limités, en quelques secondes les taux vont
diminuer. La production d’ATP par cette voie est donc limitée. Après quelques
secondes d’exercice, les autres voies seront mises en route.
b) Phosphorylation oxydative dans les mitochondries.
-Pour une activité musculaire modérée.
-Substrats :
-Pour les 5 à 10 premières minutes : le glycogène musculaire.
-Entre la 10ème et la 40ème minute : les substrats sont apportés par le sang : il
s’agit du glucose et des acides gras sanguins.
-Au-delà de la 40ème minute, l’utilisation du glucose diminue, celle des acides
gras augmente fortement. (Ils proviennent des réserves lipidiques : du tissu adipeux ++
+ (TG))
c) Phosphorylation par la voie glycolytique.
-Pour une activité musculaire intense.
-Elle a lieu en même temps que la phosphorylation oxydative, elle vient « en renfort ».
-Substrats :
-Glycogène musculaire
-Glucose sanguin.
-Lors de la glycolyse anaérobie, il y a production d’acide lactique qui est à l’origine
d’une acidose, ce qui sera un facteur limitant de l’exercice.
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![2) A la fin de l’exercice.
-Les taux de phosphocréatine et de glycogène ont diminué.
-Ces composés de mise en réserve de l’énergie doivent donc être remplacés.
-Cela se traduit par une hyperventilation pulmonaire qui sert à combler la dette en
oxygène accumulée pendant l’exercice.
3) La fatigue musculaire.
a) Définition :
-C’est le fait que, lorsqu’un muscle est stimulé de manière répétitive, la tension
engendrée par ce muscle finit par diminuer, même si la stimulation est maintenue.
-Pour un exercice de résistance (exercice très intense et de courte durée), elle
apparaît rapidement mais la récupération est rapide.
-Pour un exercice d’endurance (alternance de contractions/relaxations d’intensité
moyenne), elle apparaît plus lentement mais la récupération peut dépasser 24h.
b) Mécanismes :
-La [ATP] dans le muscle fatigué est un peu plus faible par rapport à celle au repos. Il
n’y a pas de réelle chute d’ATP dans le muscle.
-La fatigue se manifeste lorsqu’il y a un déséquilibre entre la formation et la
consommation d’ATP.
c) Facteurs :
-Diminution du glycogène musculaire.
-Augmentation de la [H+] (provenant de l’acide lactique) => acidose.
-Augmentation de la [Pi] ce qui interfère avec les cycles des ponts transversaux.
-Diminution de la libération du Ca++ (suite à la stimulation répétée).
=> Tous ces éléments contribuent à diminuer la force musculaire.
d) But :
Eviter un état identique à la rigidité cadavérique. C’est un mécanisme de prévention.
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![Fiche 9 :
Contraction du muscle lisse
1) Activation des ponts transversaux.
Augmentation du calcium cytosolique
CALMODULINE + 4 Ca++ Le complexe Ca++ / Calmoduline se lie à une
Kinase de la chaîne légère de
la myosine.
+
Complexe activé
Ca++ /Calmoduline/Myosine Kinase MAP Kinases
Chaîne légère de
la myosine
ATP
ADP
Chaîne légère
de myosine
phosphorylée
Relaxation Phosphatase
Myosine qui se lie
à l’actine
=>Formation des
ponts transversaux
Contraction.
Rmq :
1-L’activité ATPasique de la myosine est très
faible.
=> La vitesse de scission de l’ATP est faible.
=> La vitesse de glissement des ponts transversaux
est faible
=> La vitesse de contraction sera donc très faible.
2-La [Ca++ ] est 10 à 100 fois inférieure à celle
du muscle strié squelettique. En effet, son taux
d’utilisation est faible => le muscle lisse ne subit pas
la fatigue.
2) Sources du Ca++ cytosolique.
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![a) Extra-cellulaire.
-La [Ca++] extra-cellulaire = 10-3 mol/L.
-La [Ca++] dans une cellule musculaire lisse au repos = 10-7 mol/L.
- => Il existe un fort gradient de concentration.
- => Le Ca++ peut entrer dans la cellule par deux types de canaux : sensibles au
voltage et activés par des récepteurs membranaires, activés par protéines G.
b) Réticulum sarcoplasmique. (Moins développé qu’au niveau du muscle strié)
Rmq : -La vitesse d’élimination du Ca++ est très faible => une secousse du muscle lisse peut
durer plusieurs secondes.
-Seule une partie des ponts est activée sous l’influence d’un stimulus, ce qui permet un
ajustement de la tension engendrée (en faisant varier la [Ca++]).
3) Activation de la membrane.
-La plupart des fibres musculaires lisses peut engendrer des potentiels d’action. La
phase montante du potentiel d’action est alors due à l’entrée de Ca++ .
-Pour le muscle lisse unitaire, certaines cellules ont une activité électrique spontanée : ce
sont les cellules entraîneurs = cellules pace-maker.
-Des neurotransmetteurs et hormones libérés au niveau des varicosités permettent
l’activation de la membrane. Le muscle lisse multi-unitaire est richement innervé ; le muscle
unitaire, moins bien.
-Pour le système nerveux orthosympathique, le neurotransmetteur est la
noradrénaline. Celle-ci diminue le potentiel de membrane => le seuil n’est pas atteint
=> il n’y a pas de potentiel d’action => la contraction du muscle lisse est inhibée.
Remarque : en ce qui concerne les fibres musculaires lisses vasculaires, la noradrénaline
entraîne la contraction (récepteurs différents).
-Pour le système nerveux parasympathique, le neurotransmetteur est
l’acétylcholine. Celle-ci permet de maintenir longtemps le potentiel de membrane au
niveau du seuil, ce qui favorise la contraction du muscle lisse.
-Des facteurs locaux comme la composition du liquide extra-cellulaire en O2, l’acidité, la [K+]
peuvent modifier la tension du muscle lisse.
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![Fiche 1 :
Principes de la communication cellulaire
Le but de ce chapitre est d’apprendre les bases des différents systèmes qui régissent
l’organisme (nerveux SN, immunitaire SI et endocrinien SE), pour bien montrer les interactions
qui existent entre eux, avant de s’intéresser à l’un d’eux en particulier, à savoir le système
endocrinien.
Système nerveux Système endocrinien
Points fonctionnement sur le mode stimulation-réponse
communs information très spécifique (la spécificité s’exprime différemment)
certaines hormones sont des neurotransmetteurs (ex : NAdr,
noradrénaline, il s’agit de la même molécule) et certains neurones
sont sécréteurs d’hormones (exemple des neurones sécréteurs
d’ADH)
interactions régulatrices des deux systèmes
Diffusion très rapide (<1s) lente
Réponse brève durable
Ordre a priori a posteriori
Poids 2kg 200g
Tolérance à 0% 50%
l’amputation
Concentration [NT]= 10-4 à 10-6M [H]= 10-9 à 10-12M
Remplacement très dur opothérapie substitutive
La comparaison entre système nerveux et système endocrinien est une excellente
occasion de vous embrouiller dans les QCM en attribuant les propriétés de l’un à l’autre et vice-
versa.
Notion d’ordre a priori et a posteriori : c’est un peu comme la différence entre passer un
coup de téléphone et lancer un appel sur la place publique pour demander à Jean, étudiant de
P1, de penser à prendre son cours de physio pour mardi : au téléphone, l’info est donnée très
spécifiquement, mais une seule fois : si je veux être sûr qu’il s’en souvienne je devrais rappeler
plusieurs fois ; avec l’appel sur la place publique, tous ceux qui vont croiser gens lui
rappelleront ; au risque que Jean en ait marre, on est sûr qu’il ramènera son cours de physio.
On peut pousser la métaphore : si je coupe la ligne téléphonique, impossible de joindre Jean ;
si j’éradique la moitié de la population, je sais qu’il en restera quand même quelques uns pour
faire passer le message. Et cætera…
Les hormones peuvent être sécrétées - soit par une glande endocrine (thyroïde, surrénales,…)
- soit par des neurones (neurosécrétions)
- soit par des cellules disséminées au sein d’un tissu
- soit par des cellules NON endocrines avec capacité de
sécrétion hormonale (attention aux QCM !)
Enfin, distinguer autocrine, paracrine et endocrine, en se mettant dès à présent dans la
tête la notion suivante : plus ma durée de vie est courte, moins je pourrais voir de pays : une
hormone à action endocrine sous-entend une durée de vie longue, ou vice-versa, une hormone
à durée de vie très très courte a une action auto ou paracrine.
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![3. RYTHMES BIOLOGIQUES ET CHRONOPHYSIOLOGIE
Rythmes biologiques : - circadiens : de 24h, donnés par la rotation de la Terre sur elle-même
rythme nycthéméral = rythme endogène génétique, de 20 à 28h, que l’on
cale ensuite sur la société et sur l’alternance jour/nuit.
- ultradiens de haute fréquence (cœur, pouls, respiration) et de basse
fréquence (fonctions endocriniennes et de sécrétion, par ex. digestives).
- infradiens : notamment circannuels : alternance des saisons.
Horloge interne principale : se situe dans les noyaux suprachiasmatiques : des protéines font
entre elles un mouvement de balancier :
- Clock et BMal 1 forment un hétérodimère [Clock ; BMal 1]1
- [Clock ; BMal 1]1 stimulent les protéines Per et Cry
- Tandis que Cry détruit [Clock ; BMal 1]1, Per 2 stimule la formation de [Clock ; BMal 1]2
- Per 3 diffuse ce rythme à l’ensemble du SNC (tourné vers le soi).
- Per 1 reçoit des informations quant à l’imprégnation lumineuse de la rétine (tourné vers le
non-soi).
Zeitgeberts, les ‘’donneurs de temps’’ : synchronisent l’horloge interne avec la réalité.
- la lumière : existence de neurones rétiniens atypiques qui transmettent l’information
« photon » par une voie rétinohypothalamique, vers les noyaux suprachiasmatiques en
particulier.
- les comportements et les faits sociaux : réveil à telle heure, repas à telle autre : le corps
s’adapte.
- la mélatonine : sécrétée par la glande pinéale (= épiphyse) sous contrôle de l’horloge
interne, la mélatonine présente une valeur stable et basse le jour et produit un pic sécrétoire au
crépuscule qui atteint son maximal au milieu de la nuit avant de rediminuer jusqu’au lever du
jour. Le pic de mélatonine est géré par l’alternance jour/nuit (et pas par le sommeil). En effet, la
mélatonine est un dérivé lointain de la tyrosine dont la synthèse a pour étape-clé l’action de la
N-acétyl transférase, enzyme dont l’expression est inhibée par la lumière. La mélatonine
raccourcit la phase d’endormissement et augmente la durée de sommeil profond.
Physio-biologie des rythmes sécrétoires :
- travailleurs de nuit : risques cardiovasculaires, troubles de la libido, ulcères de l’estomac
pour l’homme et stérilité fonctionnelle chez la femme.
- jet lag : vols transméridiens, en particulier d’Ouest en Est, entraînent une difficulté de
resynchronisation car l’horloge interne et l’environnement se contredisent => baisse des
performances intellectuelles, instabilité, troubles psychiques, troubles à l’endormissement.
Resynchronisation grâce à un comprimé de mélatonine au moment où le sujet est sensé
s’endormir ?
- cécité totale : la rétine est détruite, la lumière n’est plus perçue, il n’y a plus de zeitgeberts,
mais l’horloge interne, elle, existe toujours. Le sujet est alors en free running rhythm : il se cale
sur son rythme endogène et se décale peu à peu par rapport au rythme circadien.
Resynchronisation partielle par la mélatonine.
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![6. A. On n’a pas d’information sur l’action dans une étude de liaison.
B. On évalue indifféremment les récepteurs actifs ou inactifs dans une étude de liaison.
D. …, plus il y a de possibilité qu’il s’agisse d’un site de liaison SPÉCIFIQUE.
E. Pour connaître la [C] hormonale nécessaire pour obtenir 50% de la liaison maximale.
7. Analyse des courbes : on recherche toujours Bmax et KD: Bmax est différent dans les
deux conditions comme on le voit sur la figure 1 (asymptote à 30 environ pour A, et à
moins de 15 pour B). KD est identique dans les deux conditions comme on le voit sur la
figure 2 : les courbes sont parallèles, les pentes sont donc identiques, or la pente est
égale à -1/KD donc le KD est le même. On peut également trouver le K D en regardant à
quoi est égale 1/2 Bmax sur l'axe des abscisses : c'est la définition.
A. La liaison spécifique a diminué, oui, mais pas l'affinité!
B. On n'a pas d'information sur la réponse biologique avec une étude de liaison
C. Vrai : le "parce que" peut sembler bizarre, mais c'est bien à cause de cette définition
que vous avez trouvé la réponse.
D. Toujours pas de lien entre liaison et activité biologique !
8. KD = 5 nM et KD = 0,5 nM : ce sont les concentrations pour lesquelles la moitié des
récepteurs sont liés. Dans l'artère, 0,5 nM suffisent pour obtenir 50% de la liaison
maximale, tandis qu'il en faut 10 fois plus pour avoir la même chose dans le duodénum.
Les récepteurs artériels ont plus d'affinité pour la BK que les récepteurs duodénaux
On peut aussi raisonner autrement : la constante de dissociation K D est supérieure
dans le duodénum donc ses récepteurs se dissocient plus facilement de la BK que dans
l'artère donc leur affinité pour la BK est moindre.
A. Affinité des R duodénaux inférieure à l'affinité des R artériels puisque le KD duodénal
est supérieur au KD artériel
B. Ce serait vrai dans l'artère. A 5 nM, ce serait vrai dans le duodénum.
C. Il ne faut pas tout confondre : il faut dix fois plus de BK pour obtenir le même effet, ça
ne veut pas dire que les deux tissus veulent absolument avoir la même liaison et qu'ils
augmentent leurs nombres de sites de liaison en conséquence!
D. Vrai sinon vous auriez plusieurs KD différents pour chaque tissu.
E. Seulement la moitié.
9. A. La liaison insuline récepteur est extracellulaire.
E. On essaie de vous embrouiller, ne vous laissez pas faire!
10. Ne pas s'affoler au concours si vous avez la description d'une expérience sans
graphique associé : ne pas croire systématiquement à une erreur d'impression !
A. Non puisqu'il faut seulement 10-9 M d'agoniste pour le même résultat avec 10-6 M
d'hormone A (1000 fois plus)
B. Ce n'est pas une étude de liaison mais c'est un dosage d'AMPc, qui est la réponse
cellulaire à l'activation des récepteurs.
C. Ne pas sonfondre Bmax et KD : ici, il s'agit d'une question d'affinité.
E. Ce n'est pas la raison : il s'agit de la notion de saturation d'une voie de transduction.
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Poly physiologie 2008-2009
Le document est un polycopié destiné aux étudiants en médecine pour les soutenir dans leur apprentissage de la physiologie à travers diverses fiches explicatives et des QCM. Il souligne que ce matériel est un complément aux cours des professeurs et aborde plusieurs aspects de la physiologie, comme les compartiments liquidiens et la physiologie nerveuse. Les auteurs encouragent les étudiants à faire part de leurs retours pour d'éventuelles corrections ou précisions.
Poly physiologie 2008-2009
- 1. Tutorat Associatif Toulousain Année universitaire 2008-2009 PCEM1 Physiologie Commentaires de cours et QCM Partenaire du Tutorat Associatif Toulousain Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 1
- 2. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 2
- 3. En aucun casle contenu de ce polycopié ne pourra engager la responsabilité de la faculté de médecine ou de mesdames et messieurs les professeurs. Ce polycopié a été réalisé par : Jean-Christophe Lecomte Marie Estèbe Marine Weyl Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 3
- 4. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 4
- 5. Présentation du polycopié La physiologie est une des matières phares du 2nd quadrimestre de PCEM1. En effet, c’est une matière qui suscite un intérêt certain auprès des étudiants puisqu’elle est plus proche de la pratique médicale que la plupart des autres matières. De plus, d’une certaine façon, cette matière valorise la réflexion… en s’appuyant tout de même sur des notions à intégrer ! Nous tenons à rappeler que ce polycopié proposé par le Tutorat Associatif Toulousain est un complément de cours, pas un substitut ! En effet, au concours, seul le cours des professeurs en charge de l’enseignement de la matière correspondante fait foi. De plus, le cours est susceptible de connaître certaines évolutions (notamment la présentation du cours de physiologie nerveuse dont le Pr Arnal a la charge). Ce polycopié est né de l’expression d’un besoin et s’attache donc à y répondre. Ainsi, nous y avons intégré des fiches d’explications mais aussi de synthèse et, pour acquérir les bonnes méthodes, des QCM-types rédigés. Vous remarquerez à ce propos que le choix des QCM-types s’est porté sur ceux d’années antérieures (généralement entre 2001 et 2003). Pourquoi un tel choix ? Pour deux raisons : tout d’abord, il ne s’agit pas de QCM anciens, éculés mais de QCM-types donc revenant régulièrement d’année en année. Enfin, la faculté ne fournissant des annales que sur les 5 dernières années, l’utilisation de ces QCM nous permettait d’enrichir vos annales de concours. Pour la réalisation de ce polycopié, nous avons fourni un travail sérieux et rigoureux. Cependant, dans le cas où certains éléments auraient échappé à notre vigilance, nous serions sensibles à vos remarques et diffuserions d’éventuelles précisions ou corrections. De fait, vous pouvez donc nous contacter par courrier électronique : - Marie ESTEBE : mariestebe@hotmail.com - Jean-Christophe LECOMTE : jclecomtejc@hotmail.com - Marine WEYL : marineww@hotmail.com Nous vous souhaitons bon courage à tous pour le 2nd quadrimestre ! Les auteurs, Marie, Marine et JC Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 5
- 6. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 6
- 7. Sommaire 1ère partie : Physiologie des compartiments liquidiens de l’organisme (Pr ADER) : Jean-Christophe LECOMTE et Marie ESTEBE - Fiche 1 : Introduction. - Fiche 2 : Composition des solutions biologiques. - Fiche 3 : Méthodes d’études des solutions biologiques. - Fiche 4 : Méthodes de notation des solutions biologiques : caractéristiques physico- chimiques. - Fiche 5 : Volumes liquidiens de l’organisme. - Fiche 6 : L’eau totale et ses divisions : compartiments intra-cellulaire et extra-cellulaires. - Fiche 7 : Volume extra-cellulaire. - Fiche 8 : Mesures et index du volume plasmatique. - Fiche 9 : Composition du volume plasmatique (ionogramme plasmatique). - Fiche 10 : Pression osmotique plasmatique. - Fiche 11 : Liquide interstitiel : milieu intérieur. - Fiche 12 : Liquide intra-cellulaire. - Fiche 13 : Disposition générale et zones d’échanges. - Fiche 14 : Echanges avec le milieu extérieur. - Fiche 15 : Echanges entre plasma et liquide interstitiel. - Fiche 16 : Echanges entre liquide interstitiel et liquide intra-cellulaire. - Fiche 17 : Nourrisson et femme enceinte. - Fiche 18 : Conclusion du cours et commentaire. - Fiche 19 : QCM corrigés et rédigés. 2ème partie : Bases de la physiologie nerveuse (Pr ARNAL) : Marie ESTEBE - Fiche 1 : Introduction. - Fiche 2 : Potentiel membranaire de repos. - Fiche 3 : Potentiels électrotoniques. - Fiche 4 : Potentiel d’action. - Fiche 5 : Synapses. - Fiche 6 : Synapse chimique. - Fiche 7 : Différents types de récepteurs aux neurotransmetteurs. - Fiche 8 : Neurotransmetteurs activateurs. - Fiche 9 : Neurotransmetteurs inhibiteurs. - Fiche 10 : Amines biogènes. - Fiche 11 : Système nerveux organo-végétatif. - Fiche 12 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 7
- 8. 3ème partie :Bases de la physiologie musculaire (Pr ARNAL) : Marie ESTEBE - Fiche 1 : Structure du muscle strié squelettique (rappels) et mécanismes moléculaires de la contraction. - Fiche 2 : La jonction neuro-musculaire. - Fiche 3 : Mécanique de la contraction de la fibre musculaire. - Fiche 4 : Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique. - Fiche 5 : Les différents types de fibres musculaires striées squelettiques. - Fiche 6 : Contraction du muscle entier. - Fiche 7 : Réflexes spinaux et contrôle moteur. - Fiche 8 : Le muscle lisse : structure et rappels. - Fiche 9 : Contraction du muscle lisse. - Fiche 10 : QCM corrigés et rédigés. 4ème partie : Communication cellulaire (Pr TACK) : Marine WEYL - Fiche 1 : Principes de la communication cellulaire. - Fiche 2 : Production et communication du message. - Fiche 3 : Réponse des cellules-cibles. - Fiche 4 : Régulation des systèmes endocriniens. - Fiche 5 : Médiateurs paracrines et autacoïdes. - Fiche 6 : QCM corrigés et rédigés. 5ème partie : Bioénergétique (Pr TACK) : Marie ESTEBE - Fiche 1 : Bases de la bioénergétique. - Fiche 2 : Bioénergétique cellulaire : production d’énergie cellulaire. - Fiche 3 : Bioénergétique cellulaire : stockage de l’énergie cellulaire. - Fiche 4 : Bioénergétique cellulaire : exemples d’adaptation du métabolisme énergétique. - Fiche 5 : Bilan énergétique chez l’homme : méthodes d’étude. - Fiche 6 : Bilan énergétique chez l’homme : dépenses énergétiques. - Fiche 7 : Besoins énergétiques et ration alimentaire. - Fiche 8 : Gestion des stocks énergétiques. - Fiche 9 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 8
- 9. 1ère partie :Physiologie des compartiments liquidiens de l’organisme (Pr ADER) : Jean-Christophe LECOMTE et Marie ESTEBE - Fiche 1 : Introduction. - Fiche 2 : Composition des solutions biologiques. - Fiche 3 : Méthodes d’études des solutions biologiques. - Fiche 4 : Méthodes de notation des solutions biologiques : caractéristiques physico- chimiques. - Fiche 5 : Volumes liquidiens de l’organisme. - Fiche 6 : L’eau totale et ses divisions : compartiments intra-cellulaire et extra-cellulaires. - Fiche 7 : Volume extra-cellulaire. - Fiche 8 : Mesures et index du volume plasmatique. - Fiche 9 : Composition du volume plasmatique (ionogramme plasmatique). - Fiche 10 : Pression osmotique plasmatique. - Fiche 11 : Liquide interstitiel : milieu intérieur. - Fiche 12 : Liquide intra-cellulaire. - Fiche 13 : Disposition générale et zones d’échanges. - Fiche 14 : Echanges avec le milieu extérieur. - Fiche 15 : Echanges entre plasma et liquide interstitiel. - Fiche 16 : Echanges entre liquide interstitiel et liquide intra-cellulaire. - Fiche 17 : Nourrisson et femme enceinte. - Fiche 18 : Conclusion du cours et commentaire. - Fiche 19 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 9
- 10. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 10
- 11. Fiche 1 : Introduction - L’eau est le composant le plus abondant de notre organisme (qui comporte aussi des substances minérales et organiques). - Répartition de l’eau dans l’organisme : pas homogène, différents compartiments liquidiens (= volumes = secteurs). - Physiologie : en permanence, entrées = sorties. (Vocabulaire : entrées = gains = absorptions ; sorties = pertes = excrétions). Remarques : o La dimension temporelle de cette égalité n’est bien sûr pas la minute mais la journée. o Cette égalité est préservée grâce à des mécanismes nerveux et surtout endocriniens. - Pathologie : il existe de nombreux déséquilibres hydro-électrolytiques dus à une altération des organes d’absorption et/ou d’excrétion (diarrhées, vomissements, brûlures étendues) et/ou à des anomalies endocriniennes (insuffisance sécrétoire en ADH). - Thérapeutique : restauration de l’équilibre hydro-électrolytique (réanimation médicale). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 11
- 12. Fiche 2 : Composition des solutions biologiques Solution biologique - Solutions physiologiques : non idéales car : o Beaucoup de soluté par rapport au volume du solvant. o Dissociation électrolytique pas toujours complète. o Certains solutés sont de grande taille (protéines >> 1 nm). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 12
- 13. Fiche 3 : Méthodes d’étude des solutions biologiques 1. Méthode des bilans externes, bilan de l’eau. - Méthode de base. - Comparaison des entrées et des sorties liquidiennes sur 24h : bilan = gains – pertes. - Bilan hydrique normal : nul ⇔ balance hydrique équilibrée ⇔ gains = pertes. - Se référer au schéma du polycopié p3 : « Bilan hydrique normal » : à apprendre ! - Autres gains et pertes lors de la pratique médicale : apports parentéraux (perfusions) et pertes anormales (diarrhées, vomissements…). - Il existe une multitude de bilans de l’eau (selon sujets, circonstances…). - Il existe des mécanismes d’adaptation qui permettent l’annulation du bilan hydrique même quand les apports ou pertes non rénales changent : o Soif : sensation de manque d’eau => recherche d’eau. o Régulation du volume urinaire : augmenté ou diminué selon apports et pertes. Autres exemples de bilans hydriques normaux (mettant en évidence cette adaptation) : o Faible prise de boisson : diminution du volume urinaire => bilan hydrique tout de même nul. o Potomanie légère : augmentation du volume urinaire => bilan hydrique tout de même nul. o Activité en climat chaud : augmentation de la transpiration et des pertes respiratoires => augmentation des boissons et diminution du volume urinaire => bilan hydrique tout de même nul. o Lendemain de chirurgie gastrique : pas d’apports hydriques par l’alimentation mais apports parentéraux (supérieurs aux apports habituels) => augmentation du volume urinaire => bilan hydrique tout de même nul. - Bilans hydriques anormaux : o Gains > pertes => gains – pertes > 0 => bilan positif. o Gains < pertes => gains – pertes < 0 => bilan négatif. Autres exemples de bilans hydriques anormaux : o Diarrhée profuse : pertes > gains => bilan négatif => déshydratation si apports pas modifiés en conséquence. o Traumatisme crânien avec diabète insipide : perturbation de l’hypothalamus => diminution du taux d’ADH => augmentation du volume urinaire (diabète insipide) => pertes > gains => bilan négatif. o Insuffisance rénale aiguë anurique : plus de production d’urine => gains > pertes => bilan positif => hyperhydratation. o Réhydratation post-opératoire excessive : gains > pertes => bilan positif. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 13
- 14. 2. Méthodes dedilution de traceurs : volumes liquidiens et masses échangeables. - Pour des études spécialisées, pas en pratique journalière. a) Traceurs répartis dans des volumes liquidiens : - Traceurs : o Substances inertes (colorants) ou substances radioactives non toxiques. o Facilement dosables. o Injectés par voie intra-veineuse puis se diluant dans un ou plusieurs compartiments liquidiens. - Mesurer avec précision la quantité M de traceur injectée. - Se référer au schéma du polycopié p6 « Dilution de traceurs » : o Phase I : Pic de concentration du traceur. Augmentation de la concentration sanguine du traceur jusqu’à un sommet. Répartition du traceur dans le compartiment. o Phase II : Diminution de la concentration sanguine du traceur de manière irrégulière (car éventuelle diffusion hors du compartiment + début de disparition du traceur) => non exploitable. o Phase III : Diminution de la concentration sanguine du traceur de manière régulière (car due à un seul facteur : disparition progressive du traceur) => exploitable : fonction mono-exponentielle du temps correspondant donc à une droite en coordonnées (semi-)logarithmiques. Extrapolation de cette droite jusqu’à l’axe des ordonnées => détermination de (log c0 puis) c0 (concentration théorique qui aurait été mesurée si l’injection du traceur avait été instantanée et sa diffusion immédiate). M - => Volume de dilution du traceur utilisé : V = c0 Remarque : le volume de dilution ne correspond pas exactement à un espace anatomique => toujours préciser la nature du traceur employé. b) Traceurs répartis dans des masses d’électrolytes : - Injection intra-veineuse de l’isotope radioactif d’un ion ( 24 Na , 42 K …) après comptage de l’activité injectée. - Recueil des urines durant les 24h suivantes. - Prélèvement sanguin 24h après l’injection. act. _ injectée − act. _ excrétée _ urines - => Masse (capital) échangeable en 24h de l’ion = act. _ sanguine _ à _ 24h Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 14
- 15. Fiche 4 : Méthodes de notation des solutions biologiques : caractéristiques physico-chimiques 1. Concentration en notation molaire. - Attention : molaRité ≠ molaLité : expressions proches mais pas identiques ! - En mol/L de solution. - En mol/kg de solvant. - Ex du plasma sanguin normal : - Ex : sachant que 1000 mL (1L) dans 1000 mL se solution (plasma), d’eau pèsent 1 kg, on ne considère il y a 930 mL d’eau et 70 mL de plus le volume de solutés solutés. dans 1000 mL de plasma mais dans 1000 mL d’eau (soit 1000 × 1000 ≈ 1075 mL de plasma). 930 Par conséquent : la concentration molale d’un soluté est toujours supérieure à sa concentration molaire. Remarque : la molarité peut varier avec le volume de solutés d’où certaines interprétations trompeuses (« fausses hyponatrémies » en cas d’augmentation de la concentration globale des solutés). mg / L - mmol / L = masse _ molaire _(moléculaire _ ou _ atomique) - Cette notation : S’applique : Ne s’applique pas : o Aux molécules non dissociées. o Aux mélanges de substances (protéines). o Aux molécules dissociées ou o Aux substances de masse moléculaire électrolytes. inconnue. o Aux ions. - Gradients de concentration => transferts passifs par diffusion. 2. Concentration en charges électriques = concentration ionique : - mEq / L = mmol / L × valence - Notation parfois trompeuse (approximations) car : o Dissociation électrolytique pas tout à fait complète. 2+ o Ca 2+ et Mg partiellement liés aux protéines. o Valence variable selon température et pH. - Electroneutralité des liquides biologiques. - Gradients électriques => transferts passifs par diffusion. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 15
- 16. 3. Pression osmotique: - La pression osmotique équivaut à la pression hydrostatique qu’il faudrait exercer pour annuler l’effet de la présence des solutés. - OsmolaRité ≠ osmolaLité (même raisonnement que pour molaRité ≠ molaLité). - mOsm / L = mmol / L × n _ particules - La pression osmotique est surtout développée par des molécules de faible masse et des électrolytes dissociés (=> les protéines développent une faible pression osmotique). - Par référence à la pression osmotique du plasma normal : o Isotonie = même pression osmotique. o Hypotonie = pression osmotique inférieure. o Hypertonie = pression osmotique supérieure. - Gradients de pressions osmotiques => transferts passifs d’eau par osmose. Les transferts d’eau entre les différents compartiments liquidiens de l’organisme sont principalement régis par des gradients de pressions osmotiques. 4. Potentiel acide : pH : - [ ] pH = − log H + = log 1 [ ] H+ - 5. Remarques pour les calculs en rapport avec les protéines plasmatiques : - Dans le plasma, les protéines sont sous forme d’anions : 1 mEq d’anions protéinates correspond environ à 4,5 g de protéines. - Il n’existe pas d’expression molaire (en mmol/L) pour les protéines plasmatiques mais seulement une expression molale (en g/L) (car, du fait de leur grande diversité, il serait hasardeux de considérer une masse molaire moléculaire moyenne). - La pression osmotique des protéines plasmatiques est de 1,5 mOsm/L (majorée par effet Donnan). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 16
- 17. Fiche 5 : Volumes liquidiens de l’organisme - Volumes liquidiens en fonction du poids (masse) du sujet : - Mesure des volumes liquidiens : utilisation de traceurs : o Volume hydrique total (VHT) : urée, antipyrine, eau lourde, eau tritiée. o Volume liquidien extra-cellulaire (VLEC) : inuline, mannitol, 82Br. => on peut déterminer le volume liquidien intra-cellulaire (VLIC) : VLIC = VHT – VLEC = 60 – 20 = 40 % du poids du sujet. o Volume plasmatique (VP) : Mesure directe : albumine colorée ou marquée à l’131I. Mesure indirecte : volume sanguin total (VST déterminé en marquant des hématies au 51Cr) et hématocrite. => on peut déterminer le volume liquidien interstitiel : VLI = VLEC – VP = 20 – 4 = 16 % du poids du sujet. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 17
- 18. Fiche 6 : L’eau totale et ses divisions : compartiments intra-cellulaire et extra-cellulaires 1. Divisions : secteurs ou compartiments intra-cellulaire et extra-cellulaires. - Dans l’organisme, la répartition de l’eau n’est pas homogène : Remarque : les pourcentages correspondent au volume de chaque compartiment liquidien en fonction du poids total de l’individu. - Le volume interstitiel correspond au milieu intérieur. Il est délimité par la surface cutanée, la paroi des capillaires sanguins et la membrane plasmique des cellules. 2. Eau totale : - Pour mesurer le volume hydrique total (VHT), les traceurs injectés en intra-veineuse (parvenant donc dans le compartiment plasmatique) doivent diffuser partout et par conséquent traverser les parois capillaires (pour parvenir dans le milieu interstitiel) et les membranes plasmiques (pour parvenir dans le milieu intra-cellulaire). Exemples : urée, antipyrine, eau lourde, eau tritiée. - VHT = 60 ± 10 % du poids total. - L’étude approximative du VHT peut être réalisée par le suivi de la courbe de poids du sujet : les variations rapides du poids sont un très bon index de l’hydratation/déshydratation. - Variations inter-individuelles du VHT : o Masse graisseuse : plus la masse graisseuse d’un sujet est grande, plus son contenu hydrique est faible. Exemples : obèse moyen : VHT = 50-55 % du poids corporel (< 60 %). sujet longiligne : VHT = 65-70 % du poids corporel (> 60 %). o Sexe : le contenu lipidique est plus important chez la femme que chez l’homme => à taille et poids égaux, le VHT est inférieur chez la femme. : VHT > 60 % du poids corporel. : VHT < 60 % du poids corporel. o Age : le contenu hydrique est très supérieur chez le nourrisson et tend à diminuer chez les personnes âgées (du fait de l’augmentation des tissus fibreux et graisseux avec l’avancée en âge). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 18
- 19. Fiche 7 : Volume extra-cellulaire - Pour mesurer le volume liquidien extra-cellulaire (VLEC), les traceurs injectés en intra- veineuse (et parvenant donc dans le liquide plasmatique) doivent pouvoir traverser les parois capillaires (pour parvenir dans le milieu interstitiel) mais pas les membranes plasmiques (pour ne pas parvenir dans le milieu intra-cellulaire). Exemples : inuline, mannitol, 82Br. - VLEC ≈ 20 % du poids corporel mais ce volume est peu mesuré car hétérogène (il regroupe volume plasmatique et volume liquidien interstitiel). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 19
- 20. Fiche 8 : Mesures et index du volume plasmatique Mesure directe : Mesure indirecte : VST et Ht Index (=> indirect) : VE traceurs Albumine colorée - Mesure du volume sanguin - Volémie efficace (VE) : concept ou albumine total (VST) : exprimant la relation entre le marquée à l’131I Après prélèvement, on contenu (volume sanguin grosses marque au 51Cr des circulant) et le contenant molécules hématies du sujet et on (volume de l’appareil demeurent mesure l’activité de celles-ci. circulatoire). C’est la méthode la dans courant On lui réinjecte ces hématies plus utilisée. sanguin 1 1 Exemples : mesure du et, hà h après, on Vasoconstriction 4 2 volume effectue un nouveau => diminution du volume du plasmatique : prélèvement sanguin pour contenant VP ≈ 4 % du mesurer l’activité de ses => hypervolémie efficace. poids hématies. Hémorragie => diminution du corporel Le VST correspond alors à volume du contenu un volume de dilution : => hypovolémie efficace. VST ≈ 7 % du poids - Pour apprécier l’état de la VE : corporel Pressions intra- - Mesure de l’hématocrite (Ht) : vasculaires : On prélève du sang veineux • PSA (pression sanguine dans un tube capillaire artérielle) : en mmHg, peu hépariné. sensible. La centrifugation permet de • PVC (pression veineuse séparer les cellules (qui centrale) : en cm H2O, correspondent presque sensible (la faible exclusivement aux hématies) épaisseur de la media des du plasma. veines n’ajoute pas de => Ht correspond à 40-45 % pression), mesurée par du VST (un peu plus élevé introduction d’un cathéter chez l’homme que chez la relié à une colonne d’eau femme). et légèrement hépariné - Le volume plasmatique correspond dans la veine du pli du alors au produit du VST par le coude puis poussé jusqu’à pourcentage de plasma qu’il l’atrium droit, PVC normale VST = 5 ± 3 cm H2O. contient : VP = × (100 − Ht ) Hématocrite et protidémie : 100 en pratique journalière, index Exemple : très employés du VP (pas du 7% _ du _ PC VST). VP = × (100 − 45) 100 Exemples : diminution du VP ⇒ VP ≈ 4% du poids corporel. => augmentation de l’Ht et de la protidémie (c’est même inversement proportionnel => on peut calculer le volume liquidien en excès ou en défaut). En revanche, diminution du VST => diminution de l’Ht et de la protidémie. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 20
- 21. Fiche 9 : Composition du volume plasmatique (ionogramme plasmatique) Plasma Sérum Surnageant obtenu par centrifugation de sang Surnageant obtenu par centrifugation de sang avec anticoagulant. sans anticoagulant. => sérum = plasma – fibrinogène. - Description du plasma : O Liquide jaune clair. O 2,2 fois plus visqueux que l’eau. O Limpide à jeun / trouble, opalescent après un repas riche en graisses. - Composition du plasma : O Eau : 90-92 % du plasma. O Protéines : 70-72 g/L de plasma. O Substances organiques non protéiques : azotées, glucidiques, lipidiques… O Constituants minéraux et substances ionisées (même si dissociation électrolytique pas toujours totale) => ionogramme plasmatique. - Ionogramme plasmatique (Bilan Electrolytique Sanguin) : Cations Anions O Na : natrémie = 140 mEq/L + O Cl : chlorémie = 103 mEq/L - O K+ : kaliémie = 3,5-5 mEq/L (sans O HCO3− : bicarbonatémie = 25 mEq/L hémolyse par garrot ni contractions (légèrement supérieure dans le plasma musculaires) veineux) O Ca2+ : calcémie = 5 mEq/L mais seuls 50% O Protéinates (Pr-) : protéinémie = 16 mEq/L sous forme ionisée (les autres 50% sont (1 mEq ≈ 4,5 g de protéinates) liés aux protéines) O PO4 − : phosphatémie = 2 mEq/L 3 O Mg2+ : magnésémie = 1,8 mEq/L mais seuls 65 % sous forme ionisée (les autres O SO4 − : sulfatémie = 1 mEq/L 2 35 % sont liés aux protéines) O Anions organiques (citrates, lactates, O Fe2+, Zn2+, Cu2+ : 0,2 mEq/L pyruvates…) = 4-5 mEq/L /! Ca2+ et Mg2+ sont bivalents. Total des cations ≈ 152 mEq/L Total des anions ≈ 152 mEq/L Par conséquent, le plasma : O Est électriquement neutre. O Correspond principalement à une solution de NaCl et de NaHCO3 (car Na+, Cl- − et HCO3 sont les principaux ions le composants). O La quantité de Na+ détermine le volume plasmatique (et, plus globalement, le volume des liquides extra-cellulaires). Lors d’une variation isotonique de Na+, ce n’est pas la natrémie ([Na+]) qui change mais la quantité de Na+ contenue dans le plasma => le volume plasmatique change proportionnellement. Exemple d’un gain isotonique de Na+ : + 140 mEq de Na+ avec 1 L d’eau (=> natrémie constante). O Anions indosés = [ Na ] − ([Cl ] + [ HCO3 ]) < 12 ± 3mEq / L (si physiologique). + − − En cas de valeur supérieure, on parle de « trou anionique » (acidose). O Emploi de préfixes : « normo- », « hyper- », « hypo- ». Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 21
- 22. Fiche 10 : Pression osmotique plasmatique - Pression osmotique totale (POT) : O Calculée à partir de la mesure de l’abaissement du point de congélation du plasma (∆t°C cryoscopique en prenant pour référence le point de congélation de l’eau pure soit 0°C). O POT ≈ 290 mOsm/kg. - Pression osmotique efficace (POE) : O Un soluté très diffusible ne crée pas de gradient de concentration => pas de gradient de pression osmotique (PO) => on ne considère pas ce soluté. O POE = POT – PO développée par les solutés très diffusibles (urée et glucose). O => POE ≈ 290 – 10 ≈ 280 mOsm/kg. - Calcul approché : O POT ≈ 2 [Na+] + azotémie + glycémie ≈ 2 x 140 + 5 + 5,5 ≈ 290 mOsm/kg. O POE ≈ 2 [Na+] ≈ 2 x 140 ≈ 280 mOsm/kg. - => La concentration du Na+ (= [Na+] = natrémie) détermine la pression osmotique du plasma (et, plus globalement, la pression osmotique des liquides extra- cellulaires). Variation non isotonique de Na+ (hypo- ou hypertonique) => variation de la natrémie => de la PO plasmatique. Exemple d’un gain hypertonique de Na+ : + 140 mEq de Na+ pour seulement 1 L d’eau => augmentation de la natrémie => augmentation de la POE. Or les gradients de PO sont à l’origine de transferts passifs d’eau par osmose. => Une augmentation de la natrémie tend à faire augmenter dans le temps le volume plasmatique (et, plus globalement, le volume des liquides extra-cellulaires) (aux dépens du volume liquidien intra-cellulaire) (voir explication page suivante). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 22
- 23. /! dans lesQCM : - Une hypernatrémie entraîne une déshydratation cellulaire. En effet, une hypernatrémie entraîne forcément un transfert passif d’eau par osmose du compartiment intra-cellulaire vers le compartiment plasmatique (extra-cellulaire). - Une hypernatrémie n’entraîne pas mais tend à entraîner une augmentation du volume plasmatique (VP). (1) En effet, comme vu ci-dessus, « l’hypernatrémie entraîne forcément un transfert passif d’eau par osmose du compartiment intra-cellulaire vers le compartiment plasmatique (extra-cellulaire) ». Il y a donc arrivée d’eau dans le compartiment plasmatique. (2) Cependant, si l’hypernatrémie est due à une perte hypotonique (perte de beaucoup d’eau pour peu de Na + , par exemple d’origine rénale) et que cette perte perdure, alors le VP continuera de diminuer. Cela correspond au cas d’un départ d’eau hors du compartiment plasmatique. (3) Par conséquent, malgré le transfert d’eau du compartiment intra-cellulaire vers le compartiment plasmatique (déterminé par l’hypernatrémie), il y a tout de même diminution du VP (puisque le départ d’eau hors du compartiment plasmatique est supérieur à l’arrivée d’eau dans celui-ci). (4) De fait, il n’y a pas d’implication directe entre hypernatrémie et augmentation du VP mais une tendance à l’augmentation du VP (qui se traduira par une augmentation effective du VP en l’absence de perte hypotonique associée). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 23
- 24. Fiche 11 : Liquide interstitiel : milieu intérieur - Le milieu intérieur est délimité par la surface cutanée, la paroi des capillaires sanguins et la membrane plasmique des cellules. - Il n’y a pas de mesure directe : VLI = VLEC – VP = 20 – 4 = 16 % du poids du sujet. - Le liquide interstitiel est hétérogène car il comprend : O Le liquide interstitiel proprement dit = lymphe non canalisée. O La lymphe canalisée (dans les vaisseaux lymphatiques). O Les liquides transcellulaires (LCR, liquides de l’œil et de l’oreille interne, liquides dans les séreuses, dans le tube digestif, dans les néphrons…). - Etude du liquide interstitiel proprement dit (lymphe non canalisée) : O Structure physique : gel à une pression infra-atmosphérique : Gel : matière physique relativement déshydratée. Eau et substances dissoutes sont enfermées dans une trame de cellules et de fibres protéiques. La pression hydrostatique interstitielle est dite « négative » (car infra- atmosphérique) : Pi = - 3 mmHg. Le volume liquidien interstitiel (VLI) peut augmenter d’environ 30-40 % sans que la pression dans le milieu interstitiel ne dépasse la pression atmosphérique. Au-delà de la pression atmosphérique, la pente est plus élevée et l’inflation du volume interstitiel est telle qu’elle devient visible et palpable : oedèmes. O Composition : ultra-filtrat plasmatique : Ultra-filtrat plasmatique : plasma (quasi-)dépourvu de protéines. Vocabulaire : pression oncotique = pression colloïde osmotique = pression osmotique développée par les protéines. Paroi des capillaires de la grande circulation (semi-perméable) Liquide plasmatique (dans un capillaire) Liquide interstitiel [protéinates] = 72 g/L > [protéinates] = 2 g/L => pression oncotique capillaire : => pression oncotique interstitielle : πc = 25 mmHg = 1,5 mOsm/kg > πi = 4 mmHg Différence majeure entre liquide plasmatique et liquide interstitiel. Rôle fonctionnel majeur. Il y a davantage d’anions protéinates dans le liquide plasmatique par rapport au liquide interstitiel. Le liquide interstitiel comporte plus d’anions non protéiques et un peu moins de cations (Na+) : - - [Cl ] = 103 mmol/L < [Cl ]+ = 110 mmol/L [Na+] = 140 mmol/L > [Na ] = 132 mmol/L Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 24
- 25. Fiche 12 : Liquide intra-cellulaire - VLIC = VHT – VLEC = 60 – 20 = 40 % du poids chez un sujet moyen. - Composition difficile à déterminer : O Problème du prélèvement => on préfère des cellules accessibles et en grand nombre : par simple prise de sang (hématies, leucocytes), par culture cellulaire... O Toutes les cellules n’ont pas la même composition en eau et en substances minérales quant à leur liquide intra-cellulaire. Exemples : hépatocyte : 70 % d’eau / adipocyte : 10 % d’eau. - Composition du liquide intra-cellulaire : Cations principaux Anions principaux + O K : [K ] ≈ 150 mEq/L >> kaliémie + O PO 3− 4 (=> presque tout le K+ de l’organisme se O Protéinates ++ trouve à l’intérieur des cellules). O SO4 − . 2 O Mg2+ : [Mg2+] ≈ 40-50 mEq/L >> magnésémie. O Peu de Na+ : [Na+] << natrémie. Le liquide intra-cellulaire a une composition totalement différente de celle du liquide extra-cellulaire (et notamment de celle du plasma sanguin). Il faut en permanence des transports actifs pour maintenir cette différence de composition. Ces transports actifs sont coûteux en énergie. Dépense énergétique permanente. - Remarque : dans le liquide intra-cellulaire : O La dissociation électrolytique est incomplète. O De nombreux ions sont liés aux protéines (=> ne développent pas eux-mêmes une pression osmotique supplémentaire). => malgré les différences de concentrations ioniques entre ces deux liquides, POintra-cellulaire ≈ POextra-cellulaire (à l’état physiologique). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 25
- 26. Fiche 13 : Disposition générale et zones d’échanges - Se référer au schéma du polycopié p 14. - On peut représenter les différents compartiments liquidiens de manière juxtaposée mais, en réalité, la disposition est concentrique. En effet, le milieu intra-cellulaire n’a aucun contact avec le milieu extérieur, le milieu extérieur est en contact avec la fraction plasmatique et celle-ci est séparée du milieu intra-cellulaire par le liquide interstitiel. - Il existe 4 voies d’échanges entre milieu extérieur et liquide plasmatique : O Glandes sudoripares (surface cutanée) : pertes (perspiration et transpiration). O Voies respiratoires : pertes (vapeur d’eau de l’air expiré). O Tube digestif : entrées (aliments et boissons) et pertes (selles). O Reins : pertes (excrétion urinaire). - Les échanges entre les différents compartiments sont permanents : l’équilibre hydro- électrolytique est dynamique. Fiche 14 Echanges avec le milieu extérieur - Les échanges d’électrolytes se font comme ceux de l’eau. 1. Exemples : bilans de l’eau, du Na+ et du K+ (pour une alimentation mixte : non végétarienne). - Bilan sodé : O 1 g de NaCl correspond à 17 mmol de Na+. O Apports : dans aliments + sel en tant que condiment (appétence particulière) : 150 mmol/24h. O Pertes : sudorales et fécales (≈ 10 %) + excrétion urinaire : 150 mmol/24h. O Bilan : nul car l’excrétion urinaire est réglée de façon à annuler le bilan sodé (homéostasie sodée). - Bilan potassique : O Apports : dans aliments (fruits et légumes +++) : 100 mmol/24h. O Pertes : sudorales et fécales (≈ 10 %) + excrétion urinaire : 100 mmol/24h. O Bilan : nul car l’excrétion urinaire est réglée de façon à annuler le bilan potassique (homéostasie potassique). O Remarque : pour un végétarien, les apports en K+ sont supérieurs => l’excrétion urinaire est supérieure afin d’annuler le bilan potassique. 2. Reins : organes principaux de régulation. - Les reins jouent un rôle de régulation pour l’eau et les ions (Na+, K+…) : apports = pertes non-rénales + pertes rénales. (=> bilan = apports – pertes = 0) Excrétion urinaire : réglée dans de larges dimensions afin d’annuler le bilan hydro-électrolytique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 26
- 27. Fiche 15 : Echanges entre plasma et liquide interstitiel 1. Voie principale : échanges transcapillaires. - Capillaires de la circulation systémique : O Très grande surface d’échanges. O Variable : multipliée par 3 à 4 lors d’une vasodilatation. a) Par diffusion : - Liquide plasmatique et liquide interstitiel ont une agitation permanente => il s’effectue des transferts massifs dans les 2 sens, de plusieurs dizaines de litres par minute. - Cependant, ces transferts se font également dans les 2 sens => ils ne modifient ni le volume plasmatique, ni le volume liquidien interstitiel. b) Par (ultra-)filtration / réabsorption : relation pressions hydrostatiques / pressions oncotiques (schéma de Starling). - J v = K f ( ∆ P − ∆ π ) = K f [ ( Pc − Pi ) − (π c − π i )] avec : O J v : flux transcapillaire par unité de temps. O K f : coefficient d’ultra-filtration, caractérise la perméabilité du capillaire en fonction de la perméabilité hydraulique et de la surface d’échanges des capillaires (selon le type de capillaire et son état de vasomotricité). O Pc : pression hydrostatique capillaire, décroît entre le pôle artériel (où Pc = 27 mmHg ) et le pôle veineux (où Pc = 12mmHg ) => Pc > 0 => favorise la sortie de liquide plasmatique. O Pi : pression hydrostatique interstitielle, Pi = − 3mmHg , « négative » car infra- atmosphérique => favorise la sortie de liquide plasmatique. O π c : pression oncotique capillaire, π c = 25mmHg > 0 => favorise l’entrée de liquide interstitiel. O π i : pression oncotique interstitielle, π i = 4mmHg > 0 => favorise la sortie de liquide plasmatique. - Se référer au schéma « Echanges capillaires par filtration-réabsorption » du polycopié p16. Pôle artériel Pôle veineux Pc = 27 mmHg Pc = 12mmHg => Pf = ∆ P − ∆ π = [ ( Pc − Pi ) − (π c − π i )] => Pf ' = [12 − (− 3)] − ( 25 − 4) = 15 − 21 => Pf = [ 27 − (− 3)] − (25 − 4) = 30 − 21 => Pf ' = − 6mmHg < 0 => Pf = 9mmHg > 0 => la force résultante est orientée de l’extérieur => la force résultante est orientée de l’intérieur vers l’intérieur du capillaire : réabsorption. vers l’extérieur du capillaire : filtration. On définit ainsi : Pr = 6mmHg (> 0 car de sens opposé à celui de Pf ' ). => Pr < Pf => force de rappel < force d’expulsion. (réabsorption) (filtration) Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 27
- 28. - Se référer au schéma p16 du polycopié : O Débit sanguin dans les capillaires = débit cardiaque (car circuit fermé) => débit sanguin ≈ 5,5 L/min. VST O VLP = × (100 − Ht ) 100 débit _ sanguin 5,5 ⇒ débit plasmatique = × (100 − Ht ) = × (100 − 45) 100 100 ⇒ débit plasmatique ≈ 3L / min 0,5 O Débit de filtration = 0,5% × débit _ plasmatique = ×3 100 ⇒ débit de filtration = 15 mL/min. O Débit de réabsorption = 13,5 mL/min. O => + 1,5 mL/min dans le liquide interstitiel. O L’équilibre des échanges est maintenu grâce à la circulation lymphatique. O Ces échanges sont certes quantitativement peu importants mais sont fonctionnellement très importants. - Schéma de Starling : (Se référer aux schémas p17 du polycopié) O Les pressions favorisant la sortie de liquide plasmatique correspondent à : ( Pc − Pi ) − (π i ) = Pc + π i − Pi O La pression favorisant l’entrée du liquide interstitiel correspond à : π c . O L’intersection des deux droites correspond au passage d’une zone de filtration à une zone de réabsorption. O => les échanges changent mécaniquement quand les pressions changent. Exemples : O Collapsus, choc : => diminution de Pc => diminution de la somme des pressions de filtration => diminution de L f (longueur de capillaire dévolue à la filtration) / augmentation de Lr (longueur de capillaire dévolue à la réabsorption). => filtration < réabsorption => anoxie tissulaire. O Insuffisance cardiaque droite ou globale : => augmentation de la Pc veineuse => augmentation de la somme des pressions de filtration => augmentation de L f / diminution de Lr . => filtration > réabsorption => oedèmes. O Hypoprotidémie (dénutrition, syndrome néphrotique, cirrhose…) : => diminution de π c => augmentation de L f / diminution de Lr . => filtration > réabsorption => oedèmes. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 28
- 29. 2. Voie accessoire : drainage lymphatique. - Voie d’échanges à un seul sens. - Les vaisseaux lymphatiques naissent en doigts de gants dans le secteur interstitiel et se regroupent progressivement pour constituer le conduit thoracique et la grande veine lymphatique qui se jettent dans les confluents veineux jugulo-subclaviers gauche et droit. => La lymphe canalisée revient à la circulation systémique : ainsi, 2 à 4 L de liquide par jour sont ramenés du secteur interstitiel vers le secteur plasmatique. - => Le drainage lymphatique : O Annule le bilan des échanges entre liquide plasmatique et liquide interstitiel (≈1,5 mL/min). O Maintient dans le liquide interstitiel une concentration en protéines basse. En effet, la lymphe canalisée est riche en protéines : 20-30 g de protéines par litre (< plasma mais > liquide interstitiel). Ainsi, la lymphe canalisée draine les protéines du liquide interstitiel. - Quand un canal lymphatique est obturé, il se forme un œdème localisé : lymphoedème. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 29
- 30. Fiche 16 : Echanges entre liquide interstitiel et liquide intra-cellulaire Se référer au schéma du polycopié p18. - Remarques : o Sur les transferts passifs par diffusion : les transporteurs protéiques (intervenant dans la diffusion facilitée) augmentent le débit de transfert mais sont saturables. o Sur les transports actifs : Primaires : les pompes ioniques ATPasiques hydrolysent de l’ATP pour leur fonctionnement => dépense d’énergie. La plus répandue est la 3Na + /2K+ATPase qui se trouve au niveau des membranes plasmiques de toutes les cellules (et qui est à l’origine du potentiel transmembranaire). C’est grâce à l’existence de ces pompes qu’existent et que sont maintenues les différences de concentration entre liquide intra- cellulaire et liquide extra-cellulaire (sinon mort cellulaire). Secondaires et tertiaires : créent un gradient de concentration G’ en utilisant l’énergie d’un 1er gradient de concentration G. En effet, en entrant dans la cellule du fait de son gradient de concentration, le Na+ entraîne l’entrée du glucose (symport, co-transport Na+/Glc) et la sortie du Ca2+ (échangeur, antiport Na+/Ca2+). Dans ces transports actifs, l’ion qui a entraîné le transport est toujours mobilisé dans le sens de son gradient de concentration alors que la substance transportée est toujours mobilisée contre son gradient de concentration. o Sur les transports passifs de l’eau par osmose : En fonction des gradients osmotiques : des zones de faible pression osmotique (PO) vers les zones de PO élevée. En physiologie, la PO intra-cellulaire est fixe => les gradients osmotiques sont presque exclusivement dus aux changements de la PO extra- cellulaire. => Les variations de la PO efficace des liquides extra-cellulaires (LEC) (=> la natrémie) règlent les transferts hydriques et le volume des liquides intra-cellulaires (LIC) (l’hydratation cellulaire). Exemple : pertes hypotoniques => le sujet perd plus d’eau que de Na+ => augmentation de la [Na+] : hypernatrémie => augmentation de la PO des LEC => sortie d’eau de la cellule, passivement : déshydratation cellulaire. Ainsi : Pertes hypotoniques ou gains hypertoniques => augmentation de la natrémie => augmentation de la PO des LEC => déshydratation cellulaire. Pertes hypertoniques ou gains hypotoniques => diminution de la natrémie => diminution de la PO des LEC => hyperhydratation cellulaire. Transferts hydriques : très peu à travers la membrane plasmique (car hydrophobe) mais par aquaporines. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 30
- 31. Fiche 17 Nourrisson et femme enceinte 1. Nourrisson. - Contenu hydrique très supérieur à celui d’un adulte. (80 % du poids corporel) - Répartition du volume hydrique total différente de celle d’un adulte : o VLEC ≈ VLIC (volume des liquides extra-cellulaires ≈ volume des liquides intra- cellulaires). o Volume interstitiel proportionnellement très supérieur à celui d’un adulte. - Risques très importants de déshydratation : o Dépendance totale vis-à-vis de l’environnement. o Grande surface cutanée. o Immaturité rénale : concentration des urines inférieure => réabsorption inférieure à celle d’un adulte. o Forte activité métabolique => importante nécessité d’élimination. o Turn-over de l’eau plus intense et plus rapide (renouvellement d’⅓ des LEC /24h). 2. Femme enceinte. - Au terme de la grossesse (36 semaines) : o Prise de poids ≈ +12kg (±10%). o dont 8L d’eau (moitié/moitié mère/fœtus et annexes). - Rétention hydrique très importante dans tous les secteurs (et tout particulièrement dans le liquide interstitiel). - Rétention ionique importante. - Rétention hydrique > rétention sodée => gain hypotonique => baisse physiologique de l’osmolalité plasmatique : -8 à -10 mOsm/kg. - => Déplacement provisoire mais total de la normalité physiologique : hypervolémie et hyperhydratation globale. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 31
- 32. Fiche 18 : Conclusion du cours et commentaire 1. Conclusion du cours. - Cette hétérogénéité dans la répartition du volume hydrique total détermine : o Une contrainte biologique : la régulation homéostasique => régulation permanente et très précise avec des limites de variation très étroites. o Indépendance, liberté biologique. 2. Commentaire. - Ce cours comporte quelques données chiffrées mais est plutôt accessible du point de vue difficulté (d’autant plus qu’il est relativement court). - L’idéal serait donc de gagner un maximum de points sur les QCM relatifs à ce cours. - Les QCM correspondants à ce cours sont les 4 premiers des 20 du concours. - Traditionnellement, il existe 5 types principaux de QCM en physiologie des compartiments liquidiens : o Sur des solutions : solvant, soluté, électro-neutralité, concentration molaire, concentration ionique, pression osmotique… o Sur des échanges hydro-électrolytiques avec le milieu extérieur (≈ cas cliniques). o Sur les propriétés d’un compartiment. o Sur des cas cliniques (déshydratations +++). o Sur les cas particuliers du nourrisson et de la femme enceinte. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 32
- 33. Fiche 19 : QCM corrigés et rédigés 1. Exemples de QCM-types sur les solutions. QCM 1 : (QCM 1, concours 2002) On compare deux solutions supposées idéales : l‘une de 19,06 g de chlorure de magnésium (MgCl2) dans un litre d’eau ; l’autre de 17,55 g de chlorure de sodium (NaCl) dans un litre d’eau. Il est exact que : A- Les deux solutions ont la même concentration molaire. B- Les deux solutions contiennent le même nombre d’ions. C- Les deux solutions développent la même pression osmotique. D- La solution de MgCl2 contient autant d’anions que de cations. E- La solution de NaCl contient autant d’anions que de cations. Masses atomiques : Na = 23 ; Mg = 24,3 ; Cl = 35,5. QCM 2 : (QCM 1, concours 2004) On compare deux solutions supposées idéales : l‘une de 11,324 g de chlorure de potassium (KCl) dans un litre d’eau ; l’autre de 11,100 g de chlorure de sodium (CaCl2) dans un litre d’eau. Il est exact que : A. La concentration molaire de la solution de KCl est supérieure à celle de la solution de CaCl2. B. La concentration ionique de la solution de KCl, exprimée en mEq/L, est inférieure à celle de la solution de CaCl2 également exprimée en mEq/L. C. La solution de CaCl2 contient plus de mEq de cations que la solution de KCl. D. La solution de CaCl2 contient moins de mEq de cations que de mEq d’anions. e. Les deux solutions développent des pressions osmotiques inférieures à celle du plasma sanguin normal. Masses atomiques : K = 39 ; Cl = 35,5 ; Ca = 40. 2. Exemples de QCM-types sur les échanges hydro-électrolytiques avec le milieu extérieur. QCM 3 : (QCM 1, concours 2001) Un sujet sain ajoute habituellement de grandes quantités de sel à sa nourriture. Son ingestion journalière totale correspond à 20 g de NaCl. Sachant qu’il perd 25 mmol de Na+ par 24 heures dans les selles et la sueur, il est exact que : a. Son bilan journalier de sodium est positif. b. Sa natrémie est égale ou supérieure à 147 mmol/L de plasma. c. Son excrétion urinaire de sodium est d’environ 315 mmol pour 24 heures. d. Le volume de ses liquides extra-cellulaires est supérieur à la normale. e. Le volume de ses liquides intra-cellulaires est inférieur à la normale. QCM 4 : (QCM 2, concours 2001) Un sujet sain et végétarien ingère tous les jours 250 mmol de potassium. Sachant qu’il perd 20 mmol de potassium par jour dans les selles et la sueur, il est exact que : A- Son bilan journalier du potassium est nul. B- Sa kaliémie est égale ou supérieure à 5,5 mmol/L de plasma. C- Son excrétion urinaire de potassium est d’environ 150 mmol par 24 heures. D- Sa masse de potassium échangeable en 24 heures est supérieure à la normale. E- Sa kaliémie est comprise entre 3,5 et 5 mmol/L de plasma. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 33
- 34. 3. Exemples deQCM-types sur les propriétés de compartiments. QCM 5 : (QCM 3, concours 2003) Il est exact que le volume liquidien extra-cellulaire : A) Peut être mesuré par la dilution de traceurs traversant les parois capillaires et les membranes cellulaires. B) Représente environ 20 % du poids corporel d’un adulte. C) Représente une fraction plus importante du poids corporel chez les nourrissons et les enfants que chez les adultes. D) Est constitué d’une solution homogène dans laquelle les solutés sont partout à la même concentration. E) Est constamment augmenté quand la natrémie dépasse 145 mmol/L. QCM 6 : (QCM 3, concours 2004) Il est exact que le volume liquidien intra-cellulaire : A- A la même composition ionique que le liquide interstitiel. B- Peut être mesuré directement par la dilution d’un traceur qui traverse les parois des capillaires sanguins et les membranes plasmiques des cellules. C- Est plus riche en protéinates que le liquide plasmatique. D- Représente environ 28 litres chez un adulte en bonne santé, de morphologie normale et pesant 70 kg. E- Augmente quand la pression osmotique efficace des liquides extra-cellulaires diminue. 4. Exemples de QCM-types sur des cas cliniques. QCM 7 : (QCM 4, concours 2001) Au cours d’un épisode de gastro-entérite aiguë, un enfant de 5 ans, antérieurement sain, a une température corporelle de 39,5°C. Il vomit et a de la diarrhée. Sa pression veineuse centrale est inférieure à la normale et son hématocrite est de 50%. L’ionogramme plasmatique indique : Na+ = 152 mEq/L et K+ = 2,5 mEq/L. Il est exact que : a. Son volume plasmatique est inférieur à la normale. b. Le volume de ses liquides intra-cellulaires est inférieur à la normale. c. L’excrétion de sodium dans les urines de 24 heures est diminuée. d. Le volume de ses urines de 24 heures est diminué. e. Ses pertes d’eau par les voies cutanée et respiratoire sont diminuées. QCM 8 : (QCM 4, concours 2002) Un homme âge de 84 ans présente une infection broncho-pulmonaire aiguë depuis 48h. Il est prostré, incapable de s’alimenter et de boire. Sa température corporelle est de 40,5°C. L’ionogramme plasmatique indique : Na+ = 154 mEq/L, K+ = 4,8 mEq/L alors que la protidémie est de 65 g/L. Il est exact que : A- Son bilan hydrique journalier est négatif. B- La perte hydrique urinaire est réduite. C- Le déficit liquidien concerne surtout le volume extra-cellulaire. D- Le déficit liquidien concerne surtout le volume intra-cellulaire. E- Les pertes hydriques cutanées et respiratoires sont réduites. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 34
- 35. 5. Exemples deQCM-types sur nourrisson et femme enceinte. QCM 9 : (QCM 4, concours 2003) A la 36ème semaine d’une grossesse normale, il est exact qu’on observe : A) Une prise de poids totale d’environ 8 kg. B) Une augmentation du volume des liquides intra-cellulaires proportionnellement plus importante que celle du volume des liquides extra-cellulaires. C) Une augmentation du volume des liquides interstitiels proportionnellement plus importante que celle du volume des liquides intra-cellulaires. D) Une augmentation du volume plasmatique proportionnellement plus importante que celle du volume des liquides interstitiels. E) Un abaissement d’environ 3 % de la pression osmotique du plasma sanguin. QCM 10 : (QCM 4, concours 2004) Il est exact qu’un nourrisson en bonne santé, âgé de 1 mois et pesant 4 kg : A- A un volume liquidien total d’environ 2,4 L. B- A un volume liquidien extra-cellulaire d’environ 1,6 L. C- Absorbe 530 à 540 mL d’eau par jour. D- Excrète 530 à 540 mL d’eau par jour. E- A une plus grande surface cutanée qu’un adulte lorsqu’elle est exprimée par kg de poids corporel. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 35
- 36. Corrections : QCM 1: CDE mg / L 19,06.10 3 A : MgCl2 : mmol / L = = = 200 masse _ molaire _(moléculaire _ ou _ atomique) 24,3 + 2 × 35,5 17,55.10 3 NaCl : mmol / L = = 300 23 + 35,5 B : Les concentrations ioniques des deux solutions sont différentes : MgCl2 : mEq / L = mmol / L × valence = 200 × 4 = 800 NaCl : mEq / L = 300 × 2 = 600 C : MgCl2 : mOsm / L = mmol / L × n _ particules = 200 × 3 = 600 NaCl : mOsm / L = 300 × 2 = 600 D et E : électro-neutralité ! QCM 2 : ABC mg / L 11,324.10 3 A : KCl : mmol / L = = = 152 masse _ molaire _(moléculaire _ ou _ atomique) 39 + 35,5 11,100.10 3 CaCl2 : mmol / L = = 100 40 + 2 × 35,5 B : KCl : mEq / L = mmol / L × valence = 152 × 2 = 304 CaCl2 : mEq / L = 100 × 4 = 400 + − [KCl] 152 C : KCl : électro-neutralité => [K ] = [Cl ] = = = 51 2 2 => K+ : mEq / L = mmol / L × valence = 51 × 1 = 51 [CaCl 2 ] 100 CaCl2 : électro-neutralité => [Ca 2+ ] = 2[Cl − ] = = = 50 2 2 => Ca2+ : mEq / L = mmol / L × valence = 51 × 1 = 51 D : électro-neutralité => cette solution contient autant de mEq de cations que d‘anions. E : KCl : mOsm / L = mmol / L × n _ particules = 152 × 2 = 304 > 290 > 280 CaCl2 : mOsm / L = 100 × 3 = 300 > 290 > 280 QCM 3 : C A : nul puisqu’il s’agit d’un sujet sain. B : 140 mmol/L (environ) puisqu’il s’agit d’un sujet sain. C : Gains : ingestion de 20 g de NaCl soit 20 × 17 = 340 mmol de Na+ (puisque 1g de sel correspond à 17 mmol de Na+). Pertes : pertes fécales et sudorales de 25 mmol de Na+ + pertes rénales (x) qui permettent l’annulation du bilan sodé. i. x = 340 – 25 = 315 mmol. D et E : tous les volumes liquidiens de ce sujets ont normaux puisqu’il s’agit d’un sujet sain ! Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 36
- 37. QCM 4 :AE A : puisqu’il s’agit d’un sujet sain… B : inférieure (3,5 à 5 mmol/L de plasma)… puisqu’il s’agit d’un sujet sain ! C : Gains : ingestion de 250 mmol de K+. Pertes : pertes fécales et sudorales de 20 mmol de K+ + pertes rénales (x) qui permettent l’annulation du bilan potassique. ii. x = 250 – 20 = 230 mmol. D : puisqu’il s’agit d’un sujet sain ! E : puisqu’il s’agit d’un sujet sain ! (8ème fois…Vous voyez que ce n’est pas sorcier la physiologie des compartiments liquidiens !). QCM 5 : BC A : pas les membranes cellulaires. D : on y distingue notamment le volume plasmatique du volume interstitiel (de compositions différentes)… E : tend à augmenter. QCM 6 : CDE B : indirectement : VLIC = VHT – VLEC D : VLIC = 40 % du poids corporel = 40 % x 70 = 28 L. QCM 7 : ABCD A : car sa PVC est diminuée et son hématocrite est augmenté. B : déshydratation (fièvre + vomissements + diarrhée). C : rétention sodée associée à la rétention hydrique au niveau rénal : rétention hydro-sodée. En effet, le plus souvent, les 2 fonctionnent en paire : Volume plasmatique insuffisant => nécessité d’une rétention hydrique. Or c’est la quantité de sodium qui détermine le volume plasmatique (et, plus globalement, le volume des liquides extra-cellulaires). => Il faut retenir du Na+. D : tentative de compensation rénale de la déshydratation. QCM 8 : ABD A : car apports diminués (ne s’alimente pas et ne boit pas) et pertes augmentées (fièvre). B : tentative de compensation rénale de la déshydratation. C et D : l’organisme a plutôt tendance à préserver le VLEC (et plus particulièrement le VP) quitte à sacrifier (dans un 1er temps du moins) le VLIC. E : augmentées du fait de la fièvre. QCM 9 : CE A : ≈ +12kg (±10%). B, C et D : proportionnellement, on a : ↑ VLEC > ↑ VLIC ; plus précisément : ↑ VLI > ↑ VLIC > ↑ VP. −8 E: ≈ − 3% 280 QCM 10 : BCDE A : VHT (nourrisson) = 80 % du poids corporel = 80 % x 4 = 3,2 L. B : VLEC (nourrisson) = 40 % du poids corporel = 40 % x 4 = 1,6 L. C et D : ce volume correspond au turn-over quotidien d’⅓ du VLEC. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 37
- 38. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 38
- 39. 2ème partie :Bases de la physiologie nerveuse (Pr ARNAL) : Marie ESTEBE - Fiche 1 : Introduction. - Fiche 2 : Potentiel membranaire de repos. - Fiche 3 : Potentiels électrotoniques. - Fiche 4 : Potentiel d’action. - Fiche 5 : Synapses. - Fiche 6 : Synapse chimique. - Fiche 7 : Différents types de récepteurs aux neurotransmetteurs. - Fiche 8 : Neurotransmetteurs activateurs. - Fiche 9 : Neurotransmetteurs inhibiteurs. - Fiche 10 : Amines biogènes. - Fiche 11 : Système nerveux organo-végétatif. - Fiche 12 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 39
- 40. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 40
- 41. Fiche 1 : Introduction 1) Activité du cerveau. Récepteurs : des organes des Effecteurs : les sens, des muscles muscles et des squelettiques. articulations. Efférences motrices Afférences somatiques Somatique SNC Végétatif Effecteurs : les Récepteurs glandes, le muscle viscéraux lisse et le muscle cardiaque. Afférences viscérales Efférences végétatives Le SNC a une partie viscérale et une partie somatique. -La partie somatique est la partie vers laquelle se dirigent les afférences somatiques (provenant des récepteurs des organes des sens, des muscles et des articulations) et qui envoie les efférences motrices vers les muscles striés squelettiques. -La partie autonome reçoit les afférences viscérales (provenant des récepteurs des viscères) et envoie des efférences vers les muscles lisses, le muscle cardiaque… Etude des arcs réflexes : un stimulus provoque une réponse réflexe. Ex : expériences de Pavlov et les réflexes conditionnés. 2) Gènes, épigenèse et plasticité neuronale. a) Non linéarité entre le nombre de gènes et la complexité du cerveau. -Par exemple, la souris et l’homme ont le même nombre de gènes mais on connaît bien sûr leurs différences... -Ceci s’explique par :-une immense réserve combinatoire. -l’expression des gènes selon une séquence temporo- spatiale au cours du développement. b) Variabilité épigénétique. -Evolution par essais/erreurs. -Développement différent du cerveau en fonction de l’interaction avec l’environnement. Exemples de jumeaux. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 41
- 42. c) Plasticité :(au niveau embryonnaire+++ mais aussi à l’âge adulte +/-) -C’est la capacité générale des neurones et des synapses de changer de propriétés en fonction de leur activité. -Dès le développement embryonnaire, le nombre de synapses explose puis il y a une sélection des contacts synaptiques et la mort de certains neurones peut être accélérée ou retardée. 3) Les systèmes neuronaux sont : a) Ouverts : Il y a un échange d’informations et d’énergie avec le monde extérieur. b) Motivés : Le SNC ne reçoit pas passivement des informations de l’extérieur, il est producteur de représentations et il explore et teste en permanence l’environnement. On parle « d’exploration organisée » car les informations qu’il reçoit sont confrontées avec celles qu’il possède en mémoire. 4) Multiples évolutions : a) Jean-Baptiste de Lamarck : -Il a proposé une conception transformiste du monde basée sur deux facteurs : -la tendance des organismes à se complexifier. -La diversification des espèces due à l’influence de l’environnement. (L’animal module ses habitudes, utilise -ou pas- ses organes, qui se développent ou régressent en fonction de l’environnement) -Il propose aussi l’hérédité des caractères acquis (exemple du cou de la girafe). b) Charles Darwin : Il a proposé un modèle en rupture avec le modèle transformiste : le modèle sélectif, avec deux phases : -la 1ère est aléatoire : des variations spontanées et aveugles ont lieu. Elles ont une nature héréditaire. -La 2ème est une phase de tri, de sélection de certaines variations. C’est la sélection naturelle, que Darwin appelle « la lutte pour la vie » : ne peuvent se multiplier que les individus dont la composition héréditaire est telle qu’ils arrivent à vivre et à se reproduire dans un environnement particulier. c) Jacques Monod : « Le hasard et la nécessité ». -Il a suggéré d’étendre le modèle de Darwin à l’évolution des idées et de la culture. Les représentations, les idées, la culture... peuvent être externalisées et mises en commun ou être stockées dans des mémoires non cérébrales (écriture). -Comprendre le monde, agir sur lui et transmettre cette culture d’une génération à l’autre permet d’élever le niveau de connaissance… d) Jean-Pierre Changeux : -Le cerveau élabore une pensée universelle qui se communique par le langage. -L’évolution culturelle a pris le relais sur l’évolution biologique (destinée à la survie) dans un souci d’exactitude dans la représentation du monde. En effet, la pensée scientifique et la recherche de la vérité sont primordiales dans nos sociétés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 42
- 43. Fiche 2 : Potentiel membranaire de repos Toutes les cellules sont polarisées, seuls les neurones et les cellules musculaires sont excitables. 1) Principes fondamentaux de l’électricité. -Concentrations ioniques : ions Milieu extracellulaire Milieu intracellulaire Na+ 150 15 Cl- 110 10 K+ 5 150 +Protéines et composés phosphorylés -N.B. : les liquides intra- et extra-cellulaires sont électriquement neutres. -Le potentiel électrique est une différence de potentiel (ddp exprimée en mV), qui varie en fonction de la répartition ionique. 2) Potentiel de membrane. -Le potentiel de membrane est du signe de l’excès de charges à l’intérieur de la cellule. -Il est compris entre -5mV et -90Mv. Sa valeur est de -70mV pour les neurones. -Le potentiel de membrane peut varier en fonction : -Des différences de concentration dans les milieux intra- et extra-cellulaires. -Des différences de perméabilité membranaire. -par les canaux ioniques. -par les pompes (minimes). Remarques : - Pour un ion donné, plus la perméabilité (sélective) est grande, plus la contribution de ce type d’ion au potentiel de membrane est grande. - Attention : lorsque l’on compare 2 potentiels de membrane, on raisonne par rapport à la valeur absolue. Ainsi, un potentiel membranaire de -90mV est plus grand qu’un potentiel membranaire de -70mV (car 90>70) et lorsqu’un potentiel de membrane « augmente », il s’éloigne de la valeur du seuil. - Ce sont le Na+, le K+ et le Cl- qui assurent les variations du potentiel de membrane. => voir le tableau récapitulatif des différents transports de ces ions à la page suivante. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 43
- 44. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 44
- 45. Fiche 3 : Potentiels électrotoniques 1) Pour commencer… quelques définitions ! On définit les changements de potentiel membranaire par rapport au potentiel membranaire de repos (-70mV) : -Dépolarisation : le potentiel membranaire devient moins négatif que le potentiel membranaire de repos et se rapproche de 0 (sa valeur absolue diminue => « le potentiel membranaire diminue »). -Hyperpolarisation : le potentiel membranaire devient plus négatif que le potentiel membranaire de repos et s’éloigne de 0 (se rapproche du potentiel d’équilibre du K+ : -90mV) (sa valeur absolue augmente => « le potentiel membranaire augmente »). -Repolarisation : retour au potentiel membranaire de repos. -Inversion de polarité : le potentiel de membrane devient positif (se rapproche du potentiel d’équilibre du Na+ : +60mV). 2) Caractéristiques des potentiels électrotoniques -Il s’agit de phénomènes locaux : transmission de l’information sur de courtes distances. -Il peut s’agir d’une dépolarisation ou d’une hyperpolarisation. Ils peuvent donc être excitateurs ou inhibiteurs. -L’amplitude dépend de l’intensité du stimulus. -Il n’y a pas de seuil. -La durée est variable : parfois plusieurs dizaines de ms. -La dépolarisation est maximale près de l’origine de la stimulation : o A l’intérieur de la cellule : les ions positifs se déplacent des zones (+) vers les zones de repos (-). o A l’extérieur de la cellule : les ions positifs se déplacent des zones (+) vers les zones dépolarisées (-). -La circulation est décrémentielle : l’amplitude de la dépolarisation décroît avec la distance. -Phénomènes de sommation possibles : temporelle et/ou spatiale. Dans une synapse chimique, pour l’activation de la cellule post-synaptique (voir fiches 5 et 6), un potentiel post-synaptique excitateur ne suffit pas pour atteindre le seuil. Il faut donc des phénomènes de sommation. Ils permettent le déclenchement de potentiels d’action. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 45
- 46. Fiche 4 : Potentiel d’action 1) Généralités. - Pic de -70mV à +30mV. - Durée : 1ms. - Transmission sur de longues distances. - Déclenché lorsque le seuil de dépolarisation est atteint selon une loi du tout ou rien. - On retrouve le vocabulaire de « dépolarisation, hyperpolarisation, repolarisation et inversion de polarité » qui avait été défini pour les potentiel électrotoniques. 2) Bases ioniques. - La majorité des canaux à Na+ est fermée au repos. - Dépolarisation : ces canaux sodiques s’ouvrent, les Na+ entrent dans la cellule => inversion de polarité membranaire. - Repolarisation : due à la fermeture des canaux à Na+. - La perméabilité membranaire au K+ est 50 fois supérieure. - La repolarisation est accélérée par l’ouverture de canaux à K + sensibles au voltage qui sont à l’origine d’une post- hyperpolarisation. Il y a ensuite un retour au potentiel membranaire de repos avec un retour des conductances au Na+ et au K+ à leurs valeurs de repos. Rmq : On distingue 2 phases dans l’activation des canaux : -Le cycle positif rapide est dû à l’ouverture des canaux Na+. Il correspond à la dépolarisation. -Le cycle négatif lent est dû à l’ouverture des canaux K+. - On parle de canaux sensibles au voltage. Ils comportent : -6 domaines -Chaque domaine possède une boucle qui est responsable de la sélectivité ionique et de la conduction. -Un pore -Un domaine polaire qui détecte le potentiel de membrane et qui entraîne l’ouverture des canaux Na+ par exemple. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 46
- 47. -Un segment intra-cellulairequi permet l’inactivation du canal lorsque la membrane est totalement dépolarisée. -Un site pour la lidocaïne qui bloque l’ouverture des canaux Na+. 3) Seuil. -Le seuil est le potentiel de membrane qui doit être atteint pour le déclenchement d’un potentiel d’action (PA) -Un stimulus sub-liminaire (= infra-liminaire) n’atteint pas le seuil => pas de déclenchement de PA. -Un stimulus liminaire (= liminal) atteint tout juste le seuil => PA. -Un stimulus supra-liminaire dépasse le seuil => PA. Rmq : Le potentiel d’action a la même forme et la même amplitude que dans le cas d’un stimulus liminaire : loi du tout ou rien : une fois le seuil atteint, les phénomènes membranaires ne dépendent pas de l’intensité du stimulus (l’intensité d’un signal est codée en fréquence et non pas en amplitude). Rmq : Le cône d’implantation de l’axone est la zone où la quantité de canaux sodiques voltage-dépendants est la plus importante et donc où le seuil est le plus bas. C’est donc cette zone qui atteindra la première le seuil et qui sera le lieu de naissance du potentiel d’action. 4) Périodes réfractaires. -Période réfractaire absolue : depuis le sommet du PA jusqu’à la fin de la phase descendante. -Période réfractaire relative : suit la période réfractaire absolue, dure plusieurs dizaines de ms. Elle correspond au temps nécessaire aux canaux pour reprendre leur conformation d’origine. Un PA peut être produit durant cette période à condition que l’on applique un stimulus supra-liminaire. 5) Propagation du potentiel d’action. -Naissance généralement au niveau du cône d’implantation de l’axone. -La propagation du PA est toujours unidirectionnelle. -Fibre amyélinique (petit diamètre) : le courant se déplace de proche en proche, vitesse de conduction de 0,5m/s. Plus le diamètre de l’axone est grand, plus la vitesse de conduction est grande. -Fibre myélinisée (gros diamètre + gaine de myéline) : manchons de cellules gliales séparées par des nœuds de Ranvier où la densité des canaux à Na+ est élevée => les PA générés sont conduits par les zones myélinisées de manière saltatoire (plus rapide), vitesse de conduction de 100m/s. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 47
- 48. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 48
- 49. Fiche 6 : La synapse chimique Rmq : Le bacille tétanique inhibe la libération des neurotransmetteurs qui assurent des PPSI sur les neurones. Il entraîne donc des contractions involontaires (qui démarrent avec le trismus). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 49
- 50. Fiche 7 : Les différents types de récepteurs aux neurotransmetteurs Il existe deux grands types de récepteurs aux neurotransmetteurs : 1) Récepteurs ionotropes. -Ils comportent : -Un domaine extra-cellulaire qui se lie avec le neurotransmetteur (« le ligand ») et qui entraîne l’ouverture du canal. -Un segment trans-membranaire qui forme un canal ionique : plusieurs sous- unités forment un pore. -Effets post-synaptiques brefs (10 ms maximum). 2) Récepteurs métabotropes. -« Récepteurs classiques » -C’est un canal mais il est couplé à une protéine G (Gs (stimulatrice) ou Gi (inhibitrice)) Il y a deux cas de figures : a) La protéine G interagit directement avec le canal ionique, ce qui entraîne des potentiels post-synaptiques qui sont longs et qui peuvent durer quelques centaines de ms. b) La protéine G interagit indirectement avec le canal ionique (elle l’active ou l’inhibe) par l’intermédiaire de second messagers. Les potentiels post-synaptiques engendrés sont très longs. (jusqu’à 1h). Ex de l’Adénylate Cyclase. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 50
- 51. Fiche 8 : Les neurotransmetteurs activateurs 1) Acétylcholine Choline Acétyl Transférase (Choline+AcétylCoA Acétylcholine Choline+Acétate Acétylcholine) Acétylcholinestérase Les récepteurs à l’Acétylcholine sont des récepteurs ionotropes. a) Récepteurs nicotiniques : *Au niveau de la jonction neuro-musculaire. -5 sous-unités : 2α (permettant la fixation de l’acétylcholine) β, γ, δ. -Ils sont la cible de l’α neurotoxine (qui se lie de façon irréversible) ou du curare (utilisé en chirurgie digestive), ce qui entraîne des paralysies. *Au niveau du SNC : -La structure est légèrement différente de celle des récepteurs nicotiniques présents au niveau de la jonction neuro-musculaire. -Les corps cellulaires des neurones cholinergiques sont en nombre restreint mais les ramifications sont très diffuses. Ils ont un rôle dans l’apprentissage et dans la mémoire. La maladie d’Alzheimer est une dégénérescence des récepteurs nicotiniques => traitement par un inhibiteur de l’acétylcholinestérase. (Les gaz moutarde comme le gaz sarin (organophosphorés) inhibent aussi l’acétylcholinestérase). b) Récepteurs muscariniques : Ils sont de 5 sous-types : M1, M2, M3, M4, M5. M1 se trouve au niveau des synapses neuro-neuronales, au niveau du SNC ainsi qu’au niveau du système nerveux végétatif. M2 au niveau du cœur. M3 au niveau du muscle lisse. M4 et M5 sont moins abondants. 2) Le glutamate. (NT le plus abondant du cerveau.) Glutamine Glutaminase Glutamate -Des vésicules pré-synaptiques contiennent le glutamate qui sera libéré dans la fente synaptique. -Il peut être dégradé en glutamine qui est recaptée par l’élément pré-synaptique ou par les cellules gliales. -Le glutamate agit sur les récepteurs NMDA (N-méthyl D Aspartate) (activés par le NMDA ou le glutamate) qui sont des récepteurs ionotropes perméables +++ au Na+ et au K+ et + au Ca++. -Il a un rôle dans l’apprentissage, la mémorisation et le développement neuronal. (Il est à noter que l’accumulation de glutamate entraîne la mort neuronale) Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 51
- 52. Fiche 9 : Neuro-transmetteurs inhibiteurs La fixation des neuro-transmetteurs inhibiteurs sur leur récepteur entraîne : -L’ activation de canaux chlore. -L’ ouverture de canaux potassiques. => entraînant une hyperpolarisation ou une stabilisation du potentiel de membrane. 1) Le GABA -C’est l’acide γ amino-butyrique. -Dérivé par décarboxylation de l’acide glutamique. -1/3 des synapses du système nerveux sont GABAergiques. -Les récepteurs du GABA sont la cible de nombreuses substances: -Les anti-épileptiques et anxiolytiques (benzodiazépines) qui activent ces récepteurs. -L’alcool qui a un effet anxiolytique active aussi ces récepteurs. 2) La glycine -Dérivé de l’acide carboxylique. -Retrouvé au niveau des synapses inhibitrices de la moelle épinière. -La strychnine (un alcaloïde extrait de la noix vomique) bloque les récepteurs de la glycine de la moelle et du tronc cérébral, entraînant une hyperactivité. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 52
- 53. Fiche 10 : Les amines biogènes 1) La sérotonine, l’histamine. 2) Les catécholamines. Dopamine Noradrénaline Adrénaline Structure Commune : -Cycle catéchol -1 radical aminé Synthèse Tyrosine=>[…]=>Dopamine =>Noradrénaline => Adrénaline Production et Produite et utilisée Produite au niveau Produite au niveau action au niveau du SNC. du tronc cérébral ; de la médullo- les neurones la surrénale +++ et +/- Rmq : Le taux de produisant sont au niveau du SNC. dopamine dans le très ramifiés et se C’est une hormone. SNC est augmenté projettent très par l’alcool, le largement. La cannabis, les noradrénaline a opiacés et la donc une influence cocaïne. très importante sur le SNC. Les neuro-modulateurs sont des substances très voisines des neuro-transmetteurs mais qui agiraient au niveau de la synapse d’une manière plus diffuse dans l’espace et dans le temps. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 53
- 54. Fiche 11 : Système nerveux organo-végétatif (SNOV) La voie efférente du SNOV est constituée de deux neurones. Les effets du para-sympathique et de l’ortho-sympathique sont généralement opposés. (Voir tableau du Pr. ARNAL). Para-sympathique Ortho-sympathique Activation Activé après les repas et Mis en jeu au cours du au cours du sommeil. stress, de l’activité physique… Premier neurone - son corps cellulaire -son corps cellulaire est est situé au niveau de la situé au niveau des centres moelle épinière sacrée ou thoraco-lombaires. au niveau de la protubérance du bulbe. Ce sont les centres crânio- sacrés. -son axone est court et -son axone est long et myélinisé. myélinisé. -la synapse avec le -la synapse avec le 2ème deuxième neurone a lieu neurone est proche des dans les ganglions para- viscères. Le vertébraux. Le neurotransmetteur qui neurotransmetteur mis en intervient est jeu est l’acétylcholine, ses l’acétylcholine, ses récepteurs sont récepteurs sont nicotiniques. nicotiniques. Deuxième neurone -son axone est court et -son axone est long et amyélinique. amyélinique. -il fait synapse avec les -il fait synapse avec les différents viscères. Le différents viscères. Le neurotransmetteur qui neurotransmetteur qui intervient est intervient est la l’acétylcholine, ses noradrénaline. récepteurs sont muscariniques. -pour la médullo- surrénale qui sécrète l’adrénaline, le premier neurone ortho-sympathique innerve la médullo- surrénale qui se comporte comme un deuxième neurone sécrétant l’adrénaline. (cellules chromaffines). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 54
- 55. Fiche 12 : QCM corrigés et rédigés A/ En ce qui concerne l’introduction, ce n’est pas une partie à négliger car depuis 2003, dans chaque concours, un QCM a été posé sur cette partie, particulièrement sur les auteurs et les leurs diverses théories. B/ QCM sur les potentiels de membrane de repos. 1- Soit un modèle à deux compartiments intra- et extra-cellulaires séparés par une membrane contenant une Na+/K+ ATPase, des canaux Na+ et des canaux K+ dont on peut augmenter ou diminuer le degré d’ouverture. La concentration de Na+ est de 150mM en extracellulaire, tandis que la concentration de K+ est de 5mM en extra- cellulaire et de 150mM en intra-cellulaire. Dans ces conditions, le potentiel de membrane est stable à -70mV. La différence de potentiel transmembranaire augmente si, toutes choses étant égales par ailleurs : (QCM 6 du concours 2003) (Ce genre de QCM tombe très souvent : 6 du concours 2004...) A- On augmente le nombre de canaux K+ ouverts. B- On diminue le nombre de canaux Na+ ouverts. C- On diminue le gradient de concentration du K+. D- On augmente la concentration extra-cellulaire du K+. E- On augmente l’activité de la Na+/K+ ATPase. 2- Pour un neurone au repos dont la valeur du potentiel de membrane est stable (-70mV) : (QCM 7 du concours 2001) A- Les gradients transmembranaires de concentration de sodium et de potassium ne varient pas. B- Il y a en permanence un déplacement vers l’extérieur des ions potassium à travers des canaux ioniques ouverts. C- Il y a en permanence un pompage des ions sodium vers l’intérieur de la cellule grâce à l’ Na+/K+ ATPase. D- Le potentiel de membrane est plus proche du potentiel d’équilibre des ions K+ que du potentiel des ions Na+. E- Le nombre d’ions Na+ et K+ déplacés par la pompe Na+/K+ est égal au nombre d’ions Na+ et K+ qui diffusent dans le sens opposé à travers les canaux de la membrane en suivant leur gradient de concentration et leur gradient électrique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 55
- 56. C/ QCM surles potentiels électrotoniques : 3- Un potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) : (ED 2002, 2003, 2005) A- Consiste en un changement de potentiel membranaire aboutissant au potentiel d’équilibre de l’ion potassium. B- A pour origine une diminution du gradient électrochimique à la fois des ions Na+ et K+. C- Peut s’additionner à d’autres potentiels post-synaptiques générés au niveau de la membrane de la fibre nerveuse post-synaptique. D- Met en jeu les mêmes canaux ioniques voltage-dépendants que le potentiel d’action. E- Est un mécanisme essentiel dans l’activation des motoneurones pendant le réflexe d’étirement (réflexe myotatique). D/ QCM concernant les potentiels d’action : 4- Au cours de la phase de dépolarisation du potentiel d’action d’un axone : (QCM 8 du concours 2001) A- Les canaux sodiques activés par un ligand s’ouvrent. B- La perméabilité de la membrane aux ions sodium augmente de plusieurs centaines de fois. C- Le nombre de charges positives qui quitte l’axone sous forme d’ions potassium est supérieur au nombre de charges positives qui pénètre dans la cellule sous forme d’ions sodium. D- Il y a inversion de la polarité membranaire, c'est-à-dire que l’intérieur de l’axone devient électropositif par rapport à l’extérieur. E- Le potentiel de membrane s’approche du potentiel d’équilibre des ions sodium sans cependant l’atteindre. 5- Concernant le potentiel d’action neuronal, il est exact que : (QCM 7 du concours 2003) A- Son seuil de déclenchement se produit chaque fois que le potentiel de membrane atteint le seuil. B- Au cours de la phase ascendante, le flux net des ions à travers les canaux ioniques change de sens et s’effectue vers l’extérieur. C- Son déclenchement met en jeu des canaux Na+ sensibles au voltage dont l’ouverture peut être provoquée par un neurotransmetteur. D- Son déclenchement correspond souvent à une dépolarisation qui peut être provoquée par une diminution de la perméabilité membranaire au K+. E- Sa propagation se fait de façon décrémentielle. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 56
- 57. 6- Pendant laphase de repolarisation d’un neurone, il est exact que : (QCM 5 du concours 2002) A- Le potentiel transmembranaire redevient négatif car les canaux potassiques voltage- dépendants s’ouvrent, laissant entrer le potassium. B- Le nombre des canaux potassiques voltage-dépendants ouverts est maximal au début de la repolarisation. C- Les canaux sodiques voltage-dépendants se ferment, diminuant la conductance au sodium. D- Des canaux sodiques voltage-dépendants s’inactivent du fait de l’intervention d’un segment intra-cellulaire du canal. E- L’hypo-excitabilité du neurone durant quelques ms est la conséquence de son hyperpolarisation. E/ QCM concernant les synapses : 7- Concernant la transmission synaptique, il est exact que : (QCM 7 du concours 2002) A- Tout potentiel d’action pré-synaptique libérant un neurotransmetteur excitateur induit toujours un potentiel d’action au niveau post-synaptique. B- La libération du neurotransmetteur dans la synapse neuro-musculaire nécessite la présence de calcium dans le milieu extra-cellulaire. C- Un potentiel post-synaptique inhibiteur est induit par une augmentation de la conductance de la membrane post-synaptique aux ions potassium ou chlore. D- La génération d’un potentiel d’action dans l’élément post-synaptique d’une jonction neuro-musculaire nécessite la sommation de plusieurs potentiels d’action pré- synaptiques. E- La transmission synaptique peut se faire dans les deux directions de certaines synapses. F/ QCM concernant les neurotransmetteurs : 8- Concernant les récepteurs de l’acétylcholine, il est exact que : (QCM 8 du concours 2003.) A- Certains sont des récepteurs nicotiniques, qui sont des récepteurs métabotropes. B- Certains d’entre eux peuvent être activés par la muscarine. C- Au niveau de la synapse neuro-musculaire, leur activation induit des Potentiels Post- Synaptiques Excitateurs dont la sommation déclenche un potentiel d’action dans la fibre musculaire squelettique. D- Les synapses utilisant ces récepteurs sont plus abondantes au niveau du système nerveux central que les synapses utilisant les récepteurs du glutamate. E- Ils sont très majoritairement présents au niveau des effecteurs du système nerveux végétatif para-sympathique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 57
- 58. 9- Concernant lesrécepteurs cholinergiques, il est exact que : (QCM 8 du concours 2004, dans le même style: QCM concours 2005). A- Les récepteurs cholinergiques de la jonction neuro-musculaire sont à la fois des récepteurs nicotiniques et des récepteurs ionotropes. B- Les récepteurs cholinergiques de type nicotinique sont exprimés au niveau du SNC. C- L’activation de ces récepteurs au niveau du cœur provoque une augmentation de la fréquence cardiaque. D- Les récepteurs cholinergiques de type nicotinique sont la cible de l’α neurotoxine de cobra. E- Leur stimulation au niveau du muscle du sphincter de l’iris provoque un myosis (constriction de la pupille). Corrections : QCM 1 : ABE On a : -Une Na+/K+ ATPase -Des canaux sodiques -Des canaux potassiques Il est important de se rappeler les concentrations des différents ions dans les compartiments intra- et extra-cellulaires. (Même si dans cet énoncé, elles sont données) Extra-cellulaire Intra-cellulaire Na+/K+ ATPase Na++ 150mM 15mM Canaux sodiques K+ 5mM 150mM Canaux potassiques Mb plasmique On raisonne en valeur absolue. (Ainsi, |-90 mV| > |-70mV|) A- VRAI. B- VRAI=> En effet, si on diminue le nombre de canaux Na+ ouverts, la quantité d’ions Na+ passant dans le compartiment intra-cellulaire va diminuer. L’écart de [Na+] entre les compartiments intra- et extra-cellulaires va donc augmenter = le gradient de concentration augmente = la différence de potentiel augmente. (Le potentiel de repos se s’éloigne donc de 0, il augmente) C- FAUX=> Cela reviendrait à augmenter le nombre de canaux potassiques ouverts (cf A) D- FAUX=> En augmentant la concentration extra-cellulaire du K+, on diminue le gradient de concentration. Cas identique aux items A et C. E- VRAI=> La Na+/K+ ATPase a pour rôle de maintenir les gradients de concentration, ainsi si on augmente son activité, la différence de potentiel trans-membranaire augmente. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 58
- 59. QCM 2 :ABDE A- VRAI=> En effet, le potentiel de membrane est stable ici, la pompe Na+/K+ entretien les gradients de concentration : elle « redéplace » les ions qui sont passés par les canaux, en fonction de leurs gradients, dans leur compartiment « d’origine ». Les concentrations des différents ions varieront si on modifie le nombre de canaux ouverts ou l’activité de la pompe Na+/K+. B- VRAI=> En fonction de leur gradient de concentration. C- FAUX=> Voir schéma, la pompe Na+/K+, déplace les ions sodium vers l’intra-cellulaire. D- VRAI=> Rappels : Le potentiel d’équilibre du K+= -90mV, celui du Na+=+60mV, le potentiel de membrane quant à lui est égal à -70mV. E- VRAI=> Le potentiel de membrane est stable. Voir item A. Le nombre d’ions Na+ et K+ déplacés par la pompe Na+/K+ est égal au nombre d’ions Na+ et K+ qui diffusent dans le sens opposé à travers les canaux de la membrane en suivant leur gradient de concentration et leur gradient électrique. QCM 3 : BCE A- FAUX=> Un PPSE rapproche le potentiel de membrane du seuil. Il correspond à une dépolarisation. Le potentiel de membrane se rapproche donc du potentiel d’équilibre du sodium. B- VRAI. C- VRAI=> En effet, les potentiels électriques peuvent s’additionner (Ainsi, un PPSI peut par exemple, empêcher des PPSE d’engendrer un potentiel d’action…) D- FAUX=> Voir les courbes avec les variations de perméabilité ionique des potentiels d’action et des potentiels électrotoniques. E- VRAI. QCM 4 : BDE A- FAUX=> Les canaux sodiques s’ouvrent bien mais il s’agit de canaux voltage- dépendants. B- VRAI=> La perméabilité relative au sodium passe de 1 à 600 (même les petits chiffres sur les schémas sont importants !) C- FAUX=> La phase de dépolarisation est due à l’entrée de sodium dans la cellule. D- VRAI. E- VRAI=> Le potentiel de membrane approche +30mV, tandis que le potentiel d’équilibre vaut -60mV. QCM 5 : A A- VRAI. Item considéré comme vrai par le prof, on pourrait y opposer le fait que, lors de la période réfractaire relative, il faut un stimulus supraliminaire, le seuil doit donc être dépassé et non pas simplement atteint. B- FAUX=> Durant la phase ascendante, le sodium entre dans la cellule. C- FAUX=> Uniquement voltage-dépendants. D- FAUX=> La diminution de perméabilité membranaire au potassium aide à l’établissement du potentiel d’action mais il ne le provoque pas. E- FAUX=> Valable pour les potentiels électrotoniques. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 59
- 60. QCM 6 :CDE A- FAUX=> Les canaux potassiques laissent le potassium sortir. B- FAUX=> Voir l’allure des courbes de la fiche 4. Le nombre maximal de canaux potassiques ouverts est postérieur au début de la repolarisation. C- VRAI. D- VRAI. (Voir schéma fiche 4) E- VRAI. QCM 7 : BCE A- FAUX=> Il faut, qu’au niveau post-synaptique, il y ait sommation de potentiels électrotoniques pour atteindre le seuil et déclencher le potentiel d’action. B- VRAI. C- VRAI=> Hyperpolarisation. D- FAUX=> La génération d’un potentiel d’action nécessite un seul PPSE, que l’on appelle le potentiel de plaque motrice. (Voir physio musculaire.) E- VRAI=> Dans les synapses électriques. QCM 8 : BE A- FAUX=> Ce sont des récepteurs ionotropes. B- VRAI. C- FAUX=> Au niveau de la synapse neuro-musculaire, un PPSE suffit, on l’appelle le potentiel de plaque motrice. D- FAUX=> Les synapses glutaminergiques sont les plus nombreuses. E- VRAI. QCM 9 : ABDE A- VRAI. B- VRAI. C- FAUX=> L’activation des récepteurs cholinergiques correspond à l’activation du para- sympathique, au niveau du cœur celui-ci provoque une diminution de la fréquence cardiaque. (Système activé au repos..) D- VRAI. E- VRAI. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 60
- 61. 3ème partie :Bases de la physiologie musculaire (Pr ARNAL) : Marie ESTEBE - Fiche 1 : Structure du muscle strié squelettique (rappels) et mécanismes moléculaires de la contraction. - Fiche 2 : La jonction neuro-musculaire. - Fiche 3 : Mécanique de la contraction de la fibre musculaire. - Fiche 4 : Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique. - Fiche 5 : Les différents types de fibres musculaires striées squelettiques. - Fiche 6 : Contraction du muscle entier. - Fiche 7 : Réflexes spinaux et contrôle moteur. - Fiche 8 : Le muscle lisse : structure et rappels. - Fiche 9 : Contraction du muscle lisse. - Fiche 10 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 61
- 62. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 62
- 63. Fiche 1 : Structure du muscle strié squelettique (rappels) et mécanismes moléculaires de la contraction 1) Rappels : structure du muscle strié squelettique. -Cellule musculaire squelettique= fibre musculaire. -Fusion de cellules indifférenciées mononuclées : les myoblastes. -Forme cylindrique. -Multi-nucléées. -En MO : Alternance de bandes claires et sombres. - Présence de filaments fins et épais arrangés en myofibrilles. -Filaments épais : uniquement myosine. -Filaments fins : actine + protéines régulatrices : tropomyosine et troponine. (Voir cours d’histologie du 1er quadrimestre) 2) Mécanismes moléculaires de la contraction. a) Couplage excitation/contraction et importance du Réticulum Sarcoplasmique (RS). Importance morphologique: le réticulum sarcoplasmique forme des manchons autour de chaque myofibrille. (Formation de tubules longitudinaux) Tubule transverse permet la propagation des potentiels d’action Provoque l’ouverture des canaux Ca Mécanismes qui assurent la ++ du RS. diminution du Ca++. => Augmentation du Ca++ libre intra- -Lorsque la [Ca++] cellulaire. approche 10-6 mol /L, il => Rétro-action positive qui se lie à des sites de participe à l’ouverture des canaux basse affinité, ce qui calciques. entraîne la fermeture Au repos, [Ca++]=10-7 mol/L. des canaux. A la suite du potentiel d’action, [Ca+ -Il existe des protéines + ]=10-6 mol/L. de pompage du Ca++ du cytosol vers la lumière du Il y aura ensuite liaison du Ca++ sur la RS (ATP dépendantes). troponine… (Voir paragraphe suivant). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 63
- 64. b) Rôle dela troponine, de la tropomyosine et du Ca++. -Ce système permet d’éviter d’être dans un état de contraction permanent. -Les sites de liaison de l’actine pour la myosine sont recouverts par la tropomyosine. -Lorsque le Ca++ augmente, il y a activation de la troponine par un changement de conformation. -Cela va entraîner un déplacement de la tropomyosine et un démasquage des sites de liaison de l’actine pour la myosine et la possibilité de former des ponts transversaux. c) Mécanisme de glissement des filaments fins par rapport aux filaments épais. 1- Liaison de la tête de myosine au filament d’actine. Formation du pont transversal. La tête de myosine est chargée en énergie. 2- Déplacement du pont transversal. ADP + Pi sont libérés. 3- Liaison de l’ATP à la myosine ce qui provoque la dissociation du pont transversal. Ceci explique qu’après la mort, il y a une rigidité cadavérique : la concentration en ATP diminuant, la dissociation actine/myosine n’a pas lieu. 4- Hydrolyse de l’ATP en ADP +Pi, ce qui charge le pont en énergie. => Le mouvement des ponts transversaux est dirigé vers le centre du sarcomère, ce qui provoque le raccourcissement de ce dernier. /! Les mouvements des ponts transversaux ne sont pas simultanés. Pour avoir une contraction harmonieuse, à un temps t, 50% des ponts transversaux sont formés, 50% sont détachés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 64
- 65. Fiche 2 : La jonction neuro-musculaire -La région de la plaque motrice est la région de la membrane plasmique de la fibre musculaire au niveau de laquelle le prolongement axonal fait synapse. -Le neurotransmetteur mis en jeu est l’acétylcholine. -Revoir la synapse (fiches 5 et 6 de physiologie nerveuse) -Elément pré-synaptique : le potentiel d’action entraîne l’ouverture de canaux calciques voltage- dépendants. => Fusion de la membrane et des vésicules contenant le NT. => Libération du NT dans la fente synaptique. -Fente synaptique. -Elément post-synaptique : Récepteurs cholinergiques nicotiniques. La fixation de l’acétylcholine sur ses récepteurs provoque un courant post- synaptique excitateur dû à l’ouverture de canaux K+ et Na+ (dépolarisation). Ce potentiel post-synaptique particulier est appelé potentiel de plaque motrice. -Particularités du potentiel de plaque motrice : -Il est toujours excitateur. -Son amplitude est très élevée car une grande quantité de NT est libérée sur une surface beaucoup plus élevée, il y a donc une ouverture d’un beaucoup plus grand nombre de canaux ioniques. => Un potentiel de plaque motrice suffit à dépolariser la membrane plasmique jusqu’au seuil et très au dessus du seuil. C’est une sécurité de transmission du signal car les stimulations répétées du motoneurone peuvent s’accompagner d’une diminution de libération de l’acétylcholine (synapse « coup par coup ») Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 65
- 66. -Entre le déclenchementdu potentiel d’action au niveau pré-synaptique et le déclenchement des potentiels post-synaptiques ; il y a un délai que l’on appelle délai de transmission synaptique (=0,5 ms). -Le potentiel de plaque motrice est généré au centre de la cellule musculaire, il diffuse ensuite aux deux extrémités de la FMS et à l’intérieur par l’intermédiaire des tubules. -Le curare : -Il se lie aux récepteurs cholinergiques et empêche leur ouverture. C’est un antagoniste de l’acétylcholine. -Il entraîne la paralysie des muscles et la mort par asphyxie. -Rmq : On l’utilise en chirurgie digestive pour laquelle il est nécessaire d’immobiliser le champ opératoire, les malades doivent donc être ventilés. -La toxine botulinique : Elle inhibe la libération d’acétylcholine au niveau des terminaisons pré- synaptiques. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 66
- 67. Fiche 3 : Mécanique de la contraction de la fibre musculaire 1) Définitions : -La tension : force exercée par le muscle sur un objet. -La charge : force exercée sur le muscle par la masse d’un objet. => La tension et la charge sont des forces qui s’opposent et pour qu’il y ait raccourcissement et déplacement, il faut que la tension soit supérieure à la charge. -La post-charge : pour se raccourcir, le muscle devra soulever la post-charge -La pré-charge : conditionne l’étirement du muscle avant le début de la contraction. Modélisation (qui reviendra dans certains QCM) : -La contraction isométrique : Le muscle engendre une tension sans changement de longueur. (Les ponts transversaux ne se déplacent pas) Elle est rencontrée dans 2 cas : -Quand la post-charge est supérieure à la tension générée par le muscle. -Si on place la butée. -La contraction isotonique : Le muscle se raccourcit mais la tension reste constante. La tension est supérieure à la charge. -L’étirement passif : Il survient lorsque la post-charge est supérieure à la tension engendrée par les ponts transversaux. Ces derniers sont tirés vers les lignes Z, il y a allongement du sarcomère. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 67
- 68. 2) Les secoussesmusculaires. C’est la réponse de la fibre musculaire à un seul potentiel d’action. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 68
- 69. 3) Relation fréquenceet tension. La secousse est la réponse Si on rapproche les Tétanos complet. de la fibre musculaire à une stimulations, il y a des La fréquence des seule stimulation. phénomènes de stimulations est très Explications : Un seul PA SOMMATION. élevée. libère (au niveau du RS) On a un niveau de => La tension assez de Ca++ pour saturer contraction tétanique la troponine… permanente : on maximale est égale Mais le Ca++ est repompé. empêche la à 3 à 5 fois la => Le nombre de sites de relaxation. tension liaison actine/myosine On parle de tétanos développée au disponibles n’est pas incomplet (fréquence moment d’une suffisamment élevé pour des stimulations secousse. atteindre la tension faible). La libération de Ca++ maximale. est supérieure aux capacités de repompage du RS. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 69
- 70. 4) Relation entre la tension et la longueur. 5) Relation entre la charge et la vitesse. -Vitesse de raccourcissement maximale lorsque la post-charge est nulle. -Vitesse de raccourcissement nulle quand la post-charge est égale à la tension isométrique maximale. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 70
- 71. Fiche 4 : Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique -La [ATP] varie beaucoup entre l’état de repos et l’état de contraction. -L’ATP n’est pas stocké et la quantité d’ATP qu’il existe dans les fibres musculaires squelettiques sera consommée en quelques secousses. -=>Nécessité de renouveler l’ATP. -Il existe trois voies : -La phosphorylation de l’ADP par la phosphocréatine. -La phosphorylation oxydative dans les mitochondries. -La phosphorylation par la voie glycolytique dans le cytoplasme. 1) Exercice. a) Phosphorylation de l’ADP par la phosphocréatine. - Elle intervient au début de l’activité contractile. C’est une voie rapide. - ADP+Phosphocréatine Créatine Kinase ATP +(Créatine) - Loi d’action de masse : -Au repos : [ATP] > [ADP] => Cela favorise la constitution de phosphocréatine. (Dont la concentration est 5 fois supérieure à celle de l’ATP) -Au début de la contraction, l’ATP est consommé et la [ADP] augmente. Il y a formation d’ATP par la créatine kinase. - Les stocks en phosphocréatine sont limités, en quelques secondes les taux vont diminuer. La production d’ATP par cette voie est donc limitée. Après quelques secondes d’exercice, les autres voies seront mises en route. b) Phosphorylation oxydative dans les mitochondries. -Pour une activité musculaire modérée. -Substrats : -Pour les 5 à 10 premières minutes : le glycogène musculaire. -Entre la 10ème et la 40ème minute : les substrats sont apportés par le sang : il s’agit du glucose et des acides gras sanguins. -Au-delà de la 40ème minute, l’utilisation du glucose diminue, celle des acides gras augmente fortement. (Ils proviennent des réserves lipidiques : du tissu adipeux ++ + (TG)) c) Phosphorylation par la voie glycolytique. -Pour une activité musculaire intense. -Elle a lieu en même temps que la phosphorylation oxydative, elle vient « en renfort ». -Substrats : -Glycogène musculaire -Glucose sanguin. -Lors de la glycolyse anaérobie, il y a production d’acide lactique qui est à l’origine d’une acidose, ce qui sera un facteur limitant de l’exercice. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 71
- 72. 2) A lafin de l’exercice. -Les taux de phosphocréatine et de glycogène ont diminué. -Ces composés de mise en réserve de l’énergie doivent donc être remplacés. -Cela se traduit par une hyperventilation pulmonaire qui sert à combler la dette en oxygène accumulée pendant l’exercice. 3) La fatigue musculaire. a) Définition : -C’est le fait que, lorsqu’un muscle est stimulé de manière répétitive, la tension engendrée par ce muscle finit par diminuer, même si la stimulation est maintenue. -Pour un exercice de résistance (exercice très intense et de courte durée), elle apparaît rapidement mais la récupération est rapide. -Pour un exercice d’endurance (alternance de contractions/relaxations d’intensité moyenne), elle apparaît plus lentement mais la récupération peut dépasser 24h. b) Mécanismes : -La [ATP] dans le muscle fatigué est un peu plus faible par rapport à celle au repos. Il n’y a pas de réelle chute d’ATP dans le muscle. -La fatigue se manifeste lorsqu’il y a un déséquilibre entre la formation et la consommation d’ATP. c) Facteurs : -Diminution du glycogène musculaire. -Augmentation de la [H+] (provenant de l’acide lactique) => acidose. -Augmentation de la [Pi] ce qui interfère avec les cycles des ponts transversaux. -Diminution de la libération du Ca++ (suite à la stimulation répétée). => Tous ces éléments contribuent à diminuer la force musculaire. d) But : Eviter un état identique à la rigidité cadavérique. C’est un mécanisme de prévention. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 72
- 73. Fiche 5 : Les différents types de fibres musculaires striées squelettiques Fibres oxydatives Fibres oxydatives Fibres lentes rapides glycolytiques rapides Principale source de Phosphorylation Phosphorylation Glycolyse production d’ATP oxydative oxydative Mitochondries Beaucoup Beaucoup Peu Capillaires Beaucoup Beaucoup Peu Teneur en Elevée (muscle Elevée (muscle Faible (muscle myoglobine rouge) rouge) blanc) Activité des Faible Moyenne Elevée enzymes glycolytiques Teneur en Faible Moyenne Elevée glycogène Fatigabilité Lente Moyenne Rapide Activité ATPasique Faible Elevée Elevée de la myosine Vitesse de contraction Lente Rapide Rapide Diamètre des fibres Petit Moyen Grand Dimension des Petite Moyenne Grande unités motrices Dimension des Petite Moyenne Grande motoneurones innervant les fibres Remarque : Des polices différentes ont été employées pour la réalisation de ce tableau afin de mettre en évidence certaines connexions logiques qui pourraient faciliter la mémorisation de ce tableau. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 73
- 74. Fiche 6 : Contraction des muscles entiers 1) Les unités motrices. -Le muscle est un ensemble de fibres musculaires organisées en unités motrices. -Toutes les fibres musculaires d’une unité motrice sont de même type. -Un muscle contient les 3 types d’unités motrices (oxydative lente, oxydative rapide et glycolytique) mais dans des proportions différentes qui lui confèreront ses propriétés. (Par exemple, on observe une grande proportion de fibres oxydatives lentes, qui résistent à la fatigue, au niveau du dos et des jambes) 2) Facteurs déterminant la tension musculaire. Elle dépend : a) De la fréquence des potentiels d’action. b) De la longueur des fibres musculaires squelettiques avant la contraction. c) Du diamètre des fibres. d) De la fatigue. e) Du nombre de fibres musculaires par unité motrice. *faible pour les mouvements précis (fibres musculaires de l’œil ou de la main). *élevé au niveau des jambes, du dos… f) Du recrutement, c'est-à-dire du nombre d’unités motrices actives. a) dépend de la taille du corps cellulaire du motoneurone : les petits motoneurones sont recrutés en premier. Ils provoquent donc la contraction des fibres des unités motrices oxydatives lentes puis des unités motrices oxydatives rapides et enfin des unités motrices glycolytiques rapides. b) dépend de la tension : Pour un exercice modéré, d’endurance, seules les fibres oxydatives sont recrutées, les fibres glycolytiques sont peu ou pas sollicitées. Lorsque la tension augmente et dépasse 40% de la tension maximale, les unités glycolytiques sont recrutées. (Mais la fatigabilité est alors très importante) Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 74
- 75. Fiche 7 : Réflexes spinaux et contrôle moteur 1) L’arc réflexe. a) Fuseau neuro-musculaire (FNM). -Le muscle comporte dans sa structure un FNM : fibres intra-fusales entourées d’une capsule de conjonctif, disposées en parallèle des fibres extra-fusales. Il existe 2 types de fibres intra-fusales : à sac nucléaire et à chaîne nucléaire. Le FNM est innervé par des fibres sensitives Ia : myélinisées et de gros calibre. -Les fibres intra-fusales peuvent se contracter sous la commande de motoneurones γ (au corps cellulaire de petite taille). -Rôle principal du FNM : renseigner sur le degré d’étirement du muscle et le maintenir constant. b) Organe tendineux de Golgi (OTG). -Ce sont des terminaisons encapsulées au niveau de la jonction entre muscle et tendon, organisées en série. Les OTG sont innervés par des fibres sensitives Ib (de diamètre légèrement inférieur à celui des Ia) qui font synapse avec un motoneurone α du muscle par l’intermédiaire d’un interneurone inhibiteur. -Les OTG sont sensibles à la tension donc (peu) sensibles à l’étirement mais très sensibles à la contraction. -Rôle des OTG : détecter la force musculaire et la maintenir constante. 2) Etirement passif. a) Fuseau neuro-musculaire. -Etirement passif => augmentation importante de l’activité afférente Ia => activation du motoneurone α => augmentation de la tension musculaire qui s’oppose à l’étirement. - => boucle de rétro-action tendant à maintenir la longueur du muscle constante (ajustement permanent). - Réflexe d’étirement = réflexe myotatique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 75
- 76. b) Organe tendineuxde Golgi. -Etirement passif => faible augmentation de l’activité afférente Ib => faible inhibition du motoneurone α. -Rôle mineur des OTG lors d’un étirement passif. 3) Contraction active. a) Fuseau neuro-musculaire. Activité afférente Ia nulle car les FNM ne sont sensibles qu’à l’étirement. b) Organe tendineux de Golgi. Compression des récepteurs sensoriels qui s’entremêlent aux fibrilles => forte augmentation de l’activité afférente Ib => activation de l’interneurone inhibiteur => inhibition du motoneurone α du muscle. 4) Notion de gain. = « capacité à ajuster une variable régulée ». a) Activation du motoneurone α sans activation du motoneurone γ. -Stimulation du motoneurone α => contraction du muscle. -Enregistrement de décharges Ia très faibles car il y a contraction du muscle et non pas étirement. -Ces décharges Ia ne provoquent donc pas de décharge des motoneurones α. -Il n’y a donc pas de réflexe myotatique. b) Activation du motoneurone α avec co-activation du motoneurone γ. -Stimulation du motoneurone α => contraction du muscle. - Stimulation du motoneurone γ => allongement du fuseau neuro-musculaire (car les motoneurones γ en innervent les extrémités). -Il y a donc conservation des décharges des fibres Ia, ce qui a pour conséquence d’augmenter le recrutement et la stimulation des α et d’entraîner la contraction du muscle. => La co-activation du motoneurone γ détermine un « gain élevé ». 5) Notion de tonus. -Au cours des mouvements volontaires, les motoneurones α et γ sont co-activés par les centres supérieurs pour que les FNM ne subissent pas de diminution d’étirement. -Le tonus musculaire est le niveau de tension d’un muscle au repos : il prépare le muscle à répondre rapidement aux commandes réflexes ou volontaires. 6) Muscles agonistes et antagonistes. -Pour une contraction coordonnée des muscles agonistes et un relâchement des muscles antagonistes, il existe une connexion directe des fibres Ia avec les motoneurones α des muscles agonistes et une connexion « indirecte » par le biais d’un interneurone inhibiteur avec les motoneurones α des muscles antagonistes. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 76
- 77. Fiche 8 : Le muscle lisse : structure - rappels -Les cellules musculaires lisses sont fusiformes et mononucléées, leur diamètre est compris entre 2 et 10 µm. -Elles sont dépourvues d’aspect strié. Elle ne comportent : -Pas de sarcomère. -Pas de tubules transverses. -Pas de myofibrilles. -Les filaments fins d’actine et de myosine sont organisés en série. Ainsi, les limites de longueur entre lesquelles le muscle lisse est capable d’engendrer une tension sont beaucoup plus étendues que pour le muscle strié squelettique. (Le muscle lisse est capable d’engendrer une tension malgré un étirement important, alors qu’au niveau du muscle strié squelettique, le désengrènement des filaments fait chuter la tension engendrée). Cette adaptation est utile car le muscle lisse constitue la paroi des organes creux comme l’estomac, la vessie…qui sont amenés à changer de volume de manière importante. - En dépit d’une différence d’organisation, la tension maximale développée par unité de surface transversale dans le muscle lisse sera similaire à celle engendrée par le muscle strié squelettique. -Le Ca++ est utilisé pour régir l’activité des ponts transversaux. -Il existe une innervation végétative : le muscle lisse n’est pas sous la dépendance de la volonté contrairement au muscle strié squelettique. -Il existe une grande variété de muscles lisses que l’on peut regrouper en 2 sous types : -unitaire : au niveau du tube digestif, de l’utérus et des artérioles. -multi-unitaire : au niveau des grosses artères et des voies aériennes. -Différences muscle unitaire/muscle multi-unitaire : (Voir tableau final du Pr. ARNAL). -Le muscle unitaire a de nombreuses jonctions communicantes entre les fibres ; le multi-unitaire en a peu. -Les cellules entraîneurs (voir plus loin) ne sont présentes qu’au niveau du muscle lisse unitaire. -L’innervation végétative est très riche au niveau du muscle multi- unitaire ; moins au niveau de l’unitaire (dans lequel ce rôle est tenu par les cellules entraîneurs). -Le muscle unitaire a un tonus ; pas le muscle multi-unitaire. -Il y a induction de la contraction de la fibre par son étirement pour le muscle unitaire ; pas pour le multi-unitaire. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 77
- 78. Fiche 9 : Contraction du muscle lisse 1) Activation des ponts transversaux. Augmentation du calcium cytosolique CALMODULINE + 4 Ca++ Le complexe Ca++ / Calmoduline se lie à une Kinase de la chaîne légère de la myosine. + Complexe activé Ca++ /Calmoduline/Myosine Kinase MAP Kinases Chaîne légère de la myosine ATP ADP Chaîne légère de myosine phosphorylée Relaxation Phosphatase Myosine qui se lie à l’actine =>Formation des ponts transversaux Contraction. Rmq : 1-L’activité ATPasique de la myosine est très faible. => La vitesse de scission de l’ATP est faible. => La vitesse de glissement des ponts transversaux est faible => La vitesse de contraction sera donc très faible. 2-La [Ca++ ] est 10 à 100 fois inférieure à celle du muscle strié squelettique. En effet, son taux d’utilisation est faible => le muscle lisse ne subit pas la fatigue. 2) Sources du Ca++ cytosolique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 78
- 79. a) Extra-cellulaire. -La [Ca++] extra-cellulaire = 10-3 mol/L. -La [Ca++] dans une cellule musculaire lisse au repos = 10-7 mol/L. - => Il existe un fort gradient de concentration. - => Le Ca++ peut entrer dans la cellule par deux types de canaux : sensibles au voltage et activés par des récepteurs membranaires, activés par protéines G. b) Réticulum sarcoplasmique. (Moins développé qu’au niveau du muscle strié) Rmq : -La vitesse d’élimination du Ca++ est très faible => une secousse du muscle lisse peut durer plusieurs secondes. -Seule une partie des ponts est activée sous l’influence d’un stimulus, ce qui permet un ajustement de la tension engendrée (en faisant varier la [Ca++]). 3) Activation de la membrane. -La plupart des fibres musculaires lisses peut engendrer des potentiels d’action. La phase montante du potentiel d’action est alors due à l’entrée de Ca++ . -Pour le muscle lisse unitaire, certaines cellules ont une activité électrique spontanée : ce sont les cellules entraîneurs = cellules pace-maker. -Des neurotransmetteurs et hormones libérés au niveau des varicosités permettent l’activation de la membrane. Le muscle lisse multi-unitaire est richement innervé ; le muscle unitaire, moins bien. -Pour le système nerveux orthosympathique, le neurotransmetteur est la noradrénaline. Celle-ci diminue le potentiel de membrane => le seuil n’est pas atteint => il n’y a pas de potentiel d’action => la contraction du muscle lisse est inhibée. Remarque : en ce qui concerne les fibres musculaires lisses vasculaires, la noradrénaline entraîne la contraction (récepteurs différents). -Pour le système nerveux parasympathique, le neurotransmetteur est l’acétylcholine. Celle-ci permet de maintenir longtemps le potentiel de membrane au niveau du seuil, ce qui favorise la contraction du muscle lisse. -Des facteurs locaux comme la composition du liquide extra-cellulaire en O2, l’acidité, la [K+] peuvent modifier la tension du muscle lisse. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 79
- 80. Fiche 10 : QCM corrigés et rédigés A/ QCM sur la structure du muscle strié squelettique et les mécanismes moléculaires de la contraction. 1- Les ponts transversaux. (QCM d’ED) A- Font partie intégrante des molécules d’actine. B- Sont le siège d’une activité ATPasique. C- Effectuent un mouvement pivotant qui pousse les filaments fins vers le centre du sarcomère. D- C’est l’hydrolyse de l’ATP qui charge le pont transversal en énergie. E- L’hydrolyse de l’ATP et le déplacement du pont transversal sont deux phénomènes simultanés. 2- Concernant le rôle du calcium dans la contraction musculaire, il est exact que : (QCM d’ED) A- Le calcium sert de lien entre excitation et contraction dans tous les types de fibres musculaires. B- La concentration de calcium est toujours plus basse dans le cytoplasme des fibres musculaires que dans le liquide extra-cellulaire. C- La concentration intra-cellulaire de calcium libre après activation maximale se rapproche plus de la concentration extra-cellulaire que de la concentration intra-cellulaire de repos. D- Une augmentation de la concentration extra-cellulaire de calcium augmente la force contractile des fibres musculaires striées. E- Le pompage du calcium intra-cellulaire vers le réticulum sarcoplasmique est très diminué en cas de fatigue musculaire. B/ QCM sur la synapse neuro-musculaire. 3- La synapse neuro-musculaire : (QCM d’ED) A- Utilise l’acétylcholine comme neurotransmetteur. B- Fait intervenir des récepteurs nicotiniques comme récepteurs ionotropes au niveau de l’élément post-synaptique. C- Son activation provoque une augmentation du calcium libre intra-cellulaire sans déclencher de potentiel d’action. D- Ne fait pas intervenir de canaux calciques voltage-dépendants pour la libération du neurotransmetteur E- Le délai synaptique est de l’ordre de 1 seconde. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 80
- 81. 4- Dans lasynapse neuro-musculaire d’une fibre musculaire striée squelettique : (QCM d’ED) A- L’amplitude d’un seul potentiel de plaque motrice est plus faible que celle d’un potentiel post-synaptique excitateur. B- La stimulation répétée du nerf entraîne une diminution de la quantité d’acétylcholine libérée par les terminaisons nerveuses. C- Comme pour les jonctions synaptiques on retrouve dans les jonctions neuromusculaires squelettiques des potentiels inhibiteurs. D- Quand les récepteurs ne sont plus occupés par le neurotransmetteur, la plaque motrice revient à son potentiel de membrane de repos. E- Les organophosphorés sont les principaux constituants de certains pesticides et de gaz neurotoxiques inhibant l’acétylcholine. C/ QCM sur la mécanique de la contraction : 5- Soit un muscle strié squelettique isolé, baignant dans un tampon de Krebs convenablement oxygéné. La partie inférieure du muscle est reliée à un transducteur de force (F) qui mesure en permanence la tension développée, et cette dernière est enregistrée. La partie supérieure du muscle est reliée à une tige mobile en équilibre sur un axe de rotation. Les conditions charge sont déterminées par l’importance relative de la précharge et de la postcharge. Le déplacement du stylet inscripteur permet l’enregistrement de la longueur, et donc du raccourcissement en fonction du temps. (Voir modélisation du cours) En stimulant électriquement ce muscle isolé soumis à une précharge constante, on enregistre en fonction du temps, la longueur du raccourcissement (figure 2) et la tension développée (figure 3) dans 2 conditions de postcharge. Le tracé A (trait continu) est obtenu en soumettant le muscle à un postcharge A et le tracé B (trait en pointillé) est obtenu en soumettant le muscle à une postcharge B. (QCM 9 (51) et 10 (52) du concours 2001) Attention ce type de QCM revient très souvent… QCM 51. La comparaison des tracés A et B permet de conclure que : A- La postcharge A est supérieure à la postcharge B. B- Le tracé B est obtenu avec une postcharge nulle. C- Le tracé A correspond à une contraction isométrique. D- Le chevauchement des filaments d’actine et de myosine avant le début de la contraction est identique en A et en B. E- Le raccourcissement se produit quand la tension développée par le muscle atteint et dépasse légèrement la postcharge. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 81
- 82. QCM 52. Lavitesse de raccourcissement atteinte en soumettant le muscle à la postcharge A : A- Est supérieure à celle atteinte avec la postcharge B. B- Est maximale pour ce muscle. C- Est indépendante de la postcharge. D- Peut être calculée à partir de la figure 2 (à condition de connaître les unités en abscisse et en ordonnée). E- Est constante pendant toute la contraction. 6- Soit le dispositif expérimental ci-dessous. On a isolé un muscle strié entier et son nerf sensitif contenant des fibres Ia et des fibres Ib provenant respectivement des fuseaux neuro-musculaires et des organes tendineux de Golgi. Le muscle isolé baigne dans un tampon de Krebs convenablement oxygéné. La partie inférieure du muscle est reliée à un transducteur de force (F) qui mesure en permanence la tension développée, et cette dernière est enregistrée. La partie supérieure du muscle est reliée à une tige mobile en équilibre sur un axe de rotation. Les conditions de charge sont déterminées par l’importance respective de la charge 2 et de la charge 1. Un dispositif permet de stimuler électivement les motoneurones alpha destinés aux fibres musculaires extra-fusoriales sans stimuler les fuseaux neuro-musculaires. Le déplacement du stylet inscripteur permet l’enregistrement de la longueur, et donc du raccourcissement en fonction du temps. Le déplacement de l’ensemble des composants de ce modèle se fait sans inertie. (QCM 9 (61),10 (62) et 11 (63) du concours 2002 = QCM de synthèse) QCM 6 1. Dans une première expérience, le poids de la charge 1 est supérieur à la force tétanique maximale que peut développer ce muscle. Il est exact que dans ces conditions : A- La charge 2 n’influence pas la tension mesurée en F en réponse à une stimulation. B- La stimulation des fibres musculaires extra-fusoriales engendre un raccourcissement du muscle d’autant plus rapide que celui-ci est proche de sa longueur optimale. C- La stimulation des fibres musculaires extra-fusoriales entraîne une augmentation de la fréquence des potentiels d’action du nerf sensitif car les fuseaux neuro-musculaires sont stimulés. D- La stimulation des fibres musculaires extra-fusoriales entraîne une augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif car les organes tendineux de Golgi sont stimulés. E- La charge 2 correspond à la postcharge. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 82
- 83. QCM 62. Dansune deuxième expérience, la charge 1 est nulle et la charge 2 est telle que le muscle est à sa longueur optimale L0. Il est exact que : A- La vitesse de raccourcissement du muscle est alors maximale. B- La stimulation des fibres musculaires extra-fusoriales met en jeu les organes tendineux de Golgi ce qui provoque l’augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif. C- La stimulation des fibres musculaires extra-fusoriales met en jeu les fuseaux neuro- musculaires ce qui provoque l’augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif. D- Une augmentation brutale de la charge 2 augmente la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif. E- Il s’agit d’une contraction isotonique. QCM 63. Dans une troisième expérience, on compare deux muscles striés différents mais de mêmes dimensions, soumis à des conditions de précharge et de postcharge identiques. En particulier, les muscles sont à leur longueur optimale (L0). On enregistre la longueur de chaque muscle en fonction du temps en réponse à une même stimulation électrique et on obtient les tracés ci-dessous. On peut en déduire que le muscle 2 : A- Contient davantage de fibres glycolytiques que le muscle 1. B- Sera plus fatigable que le muscle 1. C- Contient en moyenne, des fibres de plus petit calibre que le muscle 1. D- Contient davantage de glycogène que le muscle 1. E- Mobilise le calcium du réticulum sarcoplasmique comme dans le muscle 1. D/ QCM concernant métabolisme énergétique : 7- Concernant l’ATP dans une fibre musculaire striée squelettique : (QCM d’ED) A- Sa concentration varie relativement peu au cours d’une secousse. B- Sa vitesse de dégradation peut augmenter plusieurs centaines de fois. C- La phosphorylation de l’ADP par la phosphocréatine peut fournir de l’ATP à la cellule pendant les dix premières minutes d’un exercice. D- En conditions aérobies, c’est la phosphorylation oxydative qui est le principal mécanisme d’approvisionnement de la cellule en ATP. E- Le glucose peut être aussi bien utilisé pour la phosphorylation oxydative que pour la glycolyse anaérobie. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 83
- 84. E/ QCM concernantles différents types de fibres musculaires squelettiques. 8- Concernant les fibres oxydatives lentes, il est exact que : (QCM 8 du concours 2002) A- Ce sont les fibres les plus nombreuses dans les unités motrices de grande dimension. B- Ce sont les fibres les plus riches en glycogène car leur source principale d’ATP est la phosphorylation oxydative. C- Les propriétés de leur myosine sont différentes des propriétés de la myosine des fibres oxydatives rapides. D- Leur réponse contractile à de courtes stimulations tétaniques suivies chacune d’une relaxation diminue environ de moitié au bout d’une heure. E- Elles ne sont pas le principal déterminant de la vitesse de contraction maximale des muscles entiers lorsque ceux-ci sont constitués des 3 types de fibres striées. 9- Les fibres glycolytiques rapides : (QCM 11 du concours 2003) A- Sont riches en myoglobine. B- Ont une activité ATPasique élevée de la myosine. C- Ont un diamètre plus petit que celui des fibres oxydatives lentes. D- Sont largement recrutées dans un exercice de résistance. E- Appartiennent à des unités motrices de plus grande taille que les fibres oxydatives lentes. F/ QCM concernant les réflexes spinaux et le contrôle moteur : 10- Concernant le réflexe myotatique, il est vrai que : (QCM 11 du concours 2004) A- Le rôle principal des fuseaux neuro-musculaire (FNM) est de renseigner sur le degré d’étirement des muscles. B- Les FNM sont directement connectés aux motoneurones alpha par l’intermédiaire des fibres gamma. C- Le système des FNM fait partie d’un mécanisme de rétro-action qui détecte la force du muscle et la maintien constante. D- Le FNM joue un rôle majeur au cours d’une contraction isométrique. E- L’activation du motoneurone alpha provoque une contraction musculaire plus forte en l’absence d’activation du motoneurone gamma car l’activation des fibres Ia inhibitrice ne se produit pas. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 84
- 85. G/ QCM concernantle muscle lisse : 11- A propos des caractéristiques du muscle lisse comparées à celle du muscle strié : (QCM 11 du concours 2001) A- Il contient moins d’actine. B- La tension maximale développée par unité de surface transversale est similaire à celle engendrée par les muscles squelettiques. C- Il conserve son aptitude contractile dans des conditions de précharge plus étendues parce que les filaments d’actine et de myosine sont disposés en parallèle. D- Sa myosine a une activité ATPasique plus faible. E- Il possède, au niveau de sa membrane, à la fois des canaux calciques sensibles au voltage et des canaux calciques activés par des récepteurs. 12- Concernant le muscle lisse, il est exact que : (QCM d’ED) A- La concentration intra-cytoplasmique d’inositol triphosphate influence la libération de calcium par le réticulum sarcoplasmique. B- Il est impossible d’ajuster la tension engendrée en faisant varier la concentration intra- cytoplasmique de calcium. C- Après une contraction, la baisse de la contraction intra-cytoplasmique de calcium est plus rapide que dans le muscle strié. D- Certaines cellules musculaires lisses peuvent se dépolariser spontanément. E- La contraction de cellules musculaires lisses peut être influencée par des médiateurs paracrines dont l’action a pour effet de modifier la quantité de myosine phosphorylée. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 85
- 86. Correction : QCM 1: BCD A- FAUX=> Ils font partie des molécules de myosine. B- VRAI. C- VRAI. D- VRAI. E- FAUX=> L’hydrolyse de l’ATP charge le pont transversal en énergie puis le complexe actine/myosine est lié par le pont transversal. Enfin, ce dernier se déplace et ADP + Pi sont libérés... QCM 2 : AB A- VRAI=> Aussi bien au niveau du muscle strié squelettique qu’au niveau du muscle lisse. B- VRAI. C- FAUX=> La concentration extra-cellulaire calcique est toujours très supérieure à la concentration intra-cellulaire. D- FAUX=> Augmentation de la concentration intra-cellulaire. E- FAUX=> Le pompage du calcium intra-cellulaire vers le réticulum sarcoplasmique intervient dans la relaxation du muscle strié. QCM 3 : AB A- VRAI. B- VRAI. C- FAUX. D- FAUX. E- FAUX=> De l’ordre de 0,5ms. QCM 4 : BD A- FAUX=> Son amplitude est plus élevée. En effet, un seul PPSE suffit à dépolariser la membrane post-synaptique. B- VRAI=> C’est un des facteurs de la fatigue. C- FAUX=> Uniquement des PPS Excitateurs. D- VRAI. E- FAUX=> Les organophosphorés sont des inhibiteurs de l’acétylcholinestérase. Ils augmentent donc les effets de l’acétylcholine. QCM 5 : QCM 51 : DE A- FAUX=> La postcharge A est inférieure à la postcharge B. En effet, le raccourcissement du muscle A est supérieur à celui du muscle B. Rappelons que les conditions de précharge sont identiques. Le muscle A a donc une postcharge moins importante à soulever pour se raccourcir. B- FAUX=> Le tracé obtenu avec une postcharge nulle serait celui d’un raccourcissement maximal ; or le tracé A représente déjà un raccourcissement plus important que le tracé B. C- FAUX=> Il y a raccourcissement du muscle. D- VRAI=> Car les deux muscles sont dans des conditions de précharge identiques. E- VRAI. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 86
- 87. QCM 52 :AD A- VRAI=> La postcharge A est inférieure à la postcharge B. Le raccourcissement et la vitesse de raccourcissement du muscle A sont donc supérieurs à ceux du muscle B. B- FAUX=> La vitesse de raccourcissement maximale serait obtenue avec une postcharge nulle c'est-à-dire avec une postcharge pour laquelle la tension développée par le muscle est nulle. Ce n’est pas le cas ici. C- FAUX=> La vitesse de raccourcissement est maximale quand la postcharge est nulle, la vitesse de raccourcissement est nulle lorsque la postcharge est égale à la tension isométrique maximale. (Dans des conditions de précharge optimales) dL D- VRAI=> v = (attention à la numérotation des schémas !). dt E- FAUX=> Sinon la courbe de la variation de longueur en fonction du temps serait une droite… QCM 6 : QCM 61 : D A- FAUX=> La charge 2 est la précharge => elle conditionne l’étirement du muscle avant la contraction => elle joue bien sur la force développée par le muscle. B- FAUX=> La charge 1 (postcharge) est supérieure à la tension tétanique maximale => pas de raccourcissement. C- FAUX=> La stimulation des fibres extra-fusoriales n’entraîne pas de raccourcissement (voir item B). De plus, les FNM sont sensibles à l’étirement. Donc même si la postcharge permettait le raccourcissement, les FNM ne seraient pas à l’origine de l’augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif. En effet, cela correspondrait plutôt au le cas des organes tendineux de Golgi. D- VRAI=> La stimulation des fibres extra-fusoriales détermine la mise sous tension du muscle (mais pas son raccourcissement car la postcharge est trop importante !) => les OTG sont stimulés => augmentation des afférences sur le nerf sensitif. E- FAUX=> C’est la précharge. QCM 62 : ADE A- VRAI=> Postcharge nulle + précharge telle que le muscle est à L0. B- FAUX=> La post-charge est nulle => la tension développée par le muscle est faible => les OTG ne sont pas stimulés et il n’y a pas l’augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif. C- FAUX=> Stimulation des fibres extra-fusoriales=> raccourcissement du muscle=> pas de mise en jeu du FNM (hors co-activation γ) => pas d’augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif (en ce qui concerne les fibres Ia). D- D- VRAI=> Une augmentation brutale de la précharge va entraîner un étirement relatif par rapport à la longueur optimale et donc mettre en jeu les fuseaux neuro-musculaires. => augmentation de la fréquence des potentiels d’action dans le nerf sensitif (fibres Ia). E- VRAI. QCM 63 : ABDE A- VRAI=> Car le raccourcissement a lieu plus vite et à une vitesse plus élevée. B- VRAI=> Les muscles glycolytiques sont plus fatigables que les fibres oxydatives. C- FAUX=> Les fibres glycolytiques sont de plus gros calibre que les fibres oxydatives. D- VRAI. E- VRAI. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 87
- 88. QCM 7 :ABDE A- VRAI. B- VRAI. C- FAUX=> Durant les dix premières secondes. D- VRAI. E- VRAI=> Le glucose peut être utilisé aussi bien pour la phosphorylation oxydative que pour la glycolyse anaérobie. Cette dernière a deux substrats : le glycogène musculaire et le glucose sanguin. QCM 8 : CE A- FAUX=> Les fibres les plus nombreuses dans les unités motrices de grande dimension sont les fibres glycolytiques. B- FAUX=> Les fibres les plus riches en glycogène sont les fibres glycolytiques. C- VRAI=> L’activité ATPasique de la myosine des fibres oxydatives lentes est faible, tandis que celle des fibres oxydatives rapides est élevée. Ceci sera donc en relation avec leur vitesse de contraction. D- FAUX=> de 10 %. E- VRAI=> Ce sont les fibres glycolytiques qui déterminent la vitesse de contraction maximale des muscles entiers . QCM 9 : BDE A- FAUX=> Ce sont les fibres oxydatives qui sont riches en myoglobine. B- VRAI=> D’où une vitesse de contraction rapide. C- FAUX=> Leur diamètre est plus grand. D- VRAI=> Car leur vitesse de contraction est rapide… mais elles sont fatigables. C’est pour cela que ce n’est pas elle qui sont principalement utilisées pas pour les exercices d’endurance. E- VRAI. QCM 10 : A A- VRAI. B- FAUX=> Les motoneurones alpha réalisent l’innervation motrice des fibres extra-fusales. Les motoneurones gamma réalisent l’innervation motrice des fibres intra-fusales. C- FAUX=> Ce sont les organes tendineux de Golgi qui détectent la force du muscle et qui la maintiennent constante. D- FAUX=> Il n’y a pas de variation de la longueur du muscle au cours d’une contraction isométrique donc pas de stimulation du FNM (ou des OTG). E- FAUX=> Notion de gain : lorsqu’il y a activation du motoneurone alpha et activation du motoneurone gamma. En effet, la stimulation du motoneurone gamma entraîne l’allongement du FNM => les décharges des fibres Ia augmentent => augmentation du recrutement et la stimulation des motoneurones alpha. Il y aura alors une contraction musculaire plus forte. (On parle de gain élevé) Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 88
- 89. QCM 11 :BDE A- FAUX. B- VRAI. C- FAUX=> En effet, il conserve son aptitude contractile dans des conditions de précharge (étirement avant la contraction) plus étendues, mais cela est dû au fait que les filaments d’actine et de myosine sont disposés en série. D- VRAI. E- VRAI=> Voir schéma fiche 9. QCM 12 : ADE A- VRAI. B- FAUX. C- FAUX. D- VRAI. E- VRAI. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 89
- 90. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 90
- 91. 4ème partie :COMMUNICATION CELLULAIRE (Pr TACK) : Marine WEYL. - Fiche 1 : Principes de la communication cellulaire. - Fiche 2 : Production et communication du message. - Fiche 3 : Réponse des cellules-cibles. - Fiche 4 : Régulation des systèmes endocriniens. - Fiche 5 : Médiateurs paracrines et autacoïdes. - Fiche 6 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 91
- 92. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 92
- 93. Fiche 1 : Principes de la communication cellulaire Le but de ce chapitre est d’apprendre les bases des différents systèmes qui régissent l’organisme (nerveux SN, immunitaire SI et endocrinien SE), pour bien montrer les interactions qui existent entre eux, avant de s’intéresser à l’un d’eux en particulier, à savoir le système endocrinien. Système nerveux Système endocrinien Points fonctionnement sur le mode stimulation-réponse communs information très spécifique (la spécificité s’exprime différemment) certaines hormones sont des neurotransmetteurs (ex : NAdr, noradrénaline, il s’agit de la même molécule) et certains neurones sont sécréteurs d’hormones (exemple des neurones sécréteurs d’ADH) interactions régulatrices des deux systèmes Diffusion très rapide (<1s) lente Réponse brève durable Ordre a priori a posteriori Poids 2kg 200g Tolérance à 0% 50% l’amputation Concentration [NT]= 10-4 à 10-6M [H]= 10-9 à 10-12M Remplacement très dur opothérapie substitutive La comparaison entre système nerveux et système endocrinien est une excellente occasion de vous embrouiller dans les QCM en attribuant les propriétés de l’un à l’autre et vice- versa. Notion d’ordre a priori et a posteriori : c’est un peu comme la différence entre passer un coup de téléphone et lancer un appel sur la place publique pour demander à Jean, étudiant de P1, de penser à prendre son cours de physio pour mardi : au téléphone, l’info est donnée très spécifiquement, mais une seule fois : si je veux être sûr qu’il s’en souvienne je devrais rappeler plusieurs fois ; avec l’appel sur la place publique, tous ceux qui vont croiser gens lui rappelleront ; au risque que Jean en ait marre, on est sûr qu’il ramènera son cours de physio. On peut pousser la métaphore : si je coupe la ligne téléphonique, impossible de joindre Jean ; si j’éradique la moitié de la population, je sais qu’il en restera quand même quelques uns pour faire passer le message. Et cætera… Les hormones peuvent être sécrétées - soit par une glande endocrine (thyroïde, surrénales,…) - soit par des neurones (neurosécrétions) - soit par des cellules disséminées au sein d’un tissu - soit par des cellules NON endocrines avec capacité de sécrétion hormonale (attention aux QCM !) Enfin, distinguer autocrine, paracrine et endocrine, en se mettant dès à présent dans la tête la notion suivante : plus ma durée de vie est courte, moins je pourrais voir de pays : une hormone à action endocrine sous-entend une durée de vie longue, ou vice-versa, une hormone à durée de vie très très courte a une action auto ou paracrine. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 93
- 94. Fiche 2 : Production et distribution du message Catécholamines Hormones thyroïdiennes Amine à un résidu Tyr Amine à 2 résidus Tyr, iodées Nature => hydrophiles => hydrophobes -Adr, Nadr (sécrétées par les T3 a trois iodes : hormone biologiquement médullosurré-nales) active, de demi-vie est brève ; obtenue par Hormones -dopamine (sécrétée entre autres désiodation de T4, forme de réserve par l’hypothalamus) biologiquement inactive -Synthèse de thyroglobuline qui est déversée dans la colloïde (située entre plusieurs cellules thyroïdiennes et sans contact avec le sang). Synthèse à partir de la tyrosine qui -Extraction d’iode du sang par la cellule subit de nombreuses thyroïdienne pour le déverser à l’autre pôle de transformations par une chaîne la cellule au niveau de la colloïde. enzymatique : on peut trouver les -Organification (fixation d’iode sur la Synthèse gènes correspondant aux thyroglobuline). enzymes de cette chaîne, mais -Endocytose de la thyroglobuline iodée dans PAS un gène codant pour une des vésicules qui fusionnent avec des catécholamine ! lysosomes. -Sécrétion au pôle sanguin, T3 (9%) et T4 (99%) (1% de rT3, non sécrétée!). -Pas de gène de T3 et T4 ! Exocytose de vésicules sécrétoires, dont un petit stock pour moins de 24h est présent Seule hormone liposoluble à être stockée Diffusion dans la cellule ; la stimulation de la (sous la forme de son précurseur) (du fait de sécrétion sera également une la discontinuité de l’apport d’iode) stimulation de synthèse, afin de reconstituer les stocks Administrés par voie parentérale : sous-cutanée, intramusculaire ou intraveineuse en continu, en transmuqueux également pour Administration T4 en opothérapie substitutive, per os. l’arrêt cardiaque ou le choc Pas de T3 anaphylactique. Peu dégradées par voie orale MAIS demi-vie très brève DONC pas par voie orale. Excrétion rénale donc dosage Circulent liées à des protéines dans le sang, urinaire intéressant pour les de façon aspécifique (dans le sens où contrôles, la durée de vie étant l’albumine par exemple, transporte à peu près Catabolisme trop courte pour avoir le temps de n’importe quoi) et de façon spécifique faire une prise de sang. (protéines de transport des hormones thyroïdiennes). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 94
- 95. Hormones peptidiques Stéroïdes Hormones stéroïdienne, avec un noyau Peptides ou protéines Nature => hydrophiles. stérique (voir la biochimie des lipides) => hydrophobes Exemples : insuline, -Hormones gonadiques : progestérone, pro-opio-mélano-cortine, Hormones oestrogènes, testostérone. TRH (3 aa), -Hormones surrénaliennes : cortisol, GH (191 aa), aldostérone... ADH (9 aa), -Vitamine D IGF1, PTH… Majorité des hormones. Traduction directe d’un ARNm spécifique. Action d’une chaîne enzymatique sur le Sécrétion par des vésicules dans cholestérol prélevé dans les LDL lesquelles la maturation est sanguines. parfois achevée (ex : insuline). Cas de la vitamine D : Aussi :sécrétion d’une 7déhydrocholestérol devenant prohormone et d’une enzyme Synthèse clivante (ex : rénine- cholécalciférol ou vit D3 par photosynthèse, action d’une 25-OHase angiotensine). hépatique puis d’une 1α-OHase rénale pour Cas de la pro-opio-mélano- donner le calcitriol, hormone active cortine : précurseur qui donne => la maturation est achevée au cours de lieu par clivage à différentes la circulation. hormones possédant chacune leur activité propre. Circulation partiellement sous Liposolubles, donc libérées dès leur forme liée (augmentation de la synthèse : la réponse à un stimulus est durée de vie) surtout pour les directement proportionnelle à la capacité hormones de l’axe somatotrope, de sécrétion (pas de stock). Diffusion IGF1 et GH. Forme liée dans le sang, avec une petite Plus majoritairement en forme portion libre active : le fait d’être très liées libre, par rapport aux augmente la durée de vie des hormones thyroïdiennes ou aux stéroïdes. stéroïdes. Impossible par voie orale (destruction entérale) -Administration à fortes doses pour -Administration parentérale (le shunter le foie mais toxique pour celui-ci. plus souvent en sous-cutanée -Administration de formes modifiées pour Administration comme l’insuline). diminuer l’effet de premier passage -Egalement possible en hépatique. transmuqueux (ADH). -En voie transcutanée (hydrophobie), par -Formes gastrorésistantes mais patches ou pommades. reconnaissables (méthylations). Non digérées par l’intestin, mais dégradées lors du premier passage hépatique. Dégradation par clivage partiel Pour la vitamine D, pas d’effet excessif du (par exemple de l’extrémité C- premier passage hépatique (stockage Catabolisme terminale) qui rend alors dans las graisses). l’hormone inactive. Inactivation par le foie, élimination dans la bile, solubilisation par le rein, dégradation dans les tissus périphériques. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 95
- 96. Fiche 3 : Réponse des cellules cibles A. ACTION VIA DES RECEPTEURS L’hormone est reconnue par un récepteur. Ce récepteur peut être membranaire, à activité enzymatique ou avec une fonction canalaire. L’hormone, hydrophile, ne pouvant passer la barrière hydrophobe de la membrane, va générer des seconds messagers par l’intermédiaire de ces récepteurs. Ce récepteur peut également être intracellulaire (voire intranucléaire) pour les hormones qui pourront pénétrer la cellule, à savoir les hormones hydrophobes et qui produiront une induction (ou une répression) génomique. Le complexe hormone-récepteur se caractérise par : - la stéréospécificité : coaptation des structures tertiaires entre les portions d’hormone et de récepteurs qui interagissent : la coaptation se fait par l’électrostatique, les liaisons de Van der Waals, les liaisons hydrophobes et les correspondances de configuration. - l’affinité : se définit comme la probabilité qu’un ligand se détache de son récepteur. Une affinité maximale correspond à une liaison irréversible. Elle différencie les hormones des neurotransmetteurs qui doivent se trouver en concentration 105 à 106 fois plus élevée pour avoir une activité au niveau de la synapse. Elle va être représentée par le KD, constante de dissociation : concentration d’hormones à laquelle la moitié des récepteurs est occupée (et non PAS « à laquelle on obtient la moitié de la réponse biologique »). Il faut savoir la lire sur la représentation de Scratchard : la droite a pour pente -1/KD : plus la pente sera « forte », (plus -1/KD est élevé, plus 1/KD est faible), plus le KD est élevé et donc plus l’affinité sera faible. Il faut également savoir lire cette constante de dissociation sur la représentation de la liaison spécifique en fonction de la concentration d’hormones, comme la concentration (sur l’abscisse) pour laquelle la moitié des récepteurs est occupée (sur l’ordonnée) - la réversibilité découle de l’affinité (tant que l’affinité n’est pas maximale, on peut se détacher du récepteur) : le ligand est le même avant et après liaison au récepteur, ce qui différencie l’hormone de l’enzyme. - la saturabilité indique que le nombre de récepteurs par unité de tissu est limité. L’état de saturation se définit comme la fraction des sites liés à l’hormone à un instant t. La saturabilité va dépendre de la concentration en hormones libres et de l’affinité des hormones pour ces récepteurs. Ce critère différencie la liaison spécifique de la liaison non spécifique (qui elle est insaturable). Elle va être représentée par Bmax, la liaison maximale, le nombre de récepteur par unité de tissu. Bmax va être obtenu en traçant la courbe de liaison spécifique, par différence entre la liaison totale (hormones marquées en concentration croissante) et la liaison non spécifique (hormones marquées, avec 100 fois plus d’hormones non marquées, les hormones marquées représentant la liaison non spécifique) La sensibilité d’un tissu à une hormone va être fonction : - de l’affinité du récepteur pour l’hormone, KD - du nombre de récepteurs par unité de tissu, Bmax Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 96
- 97. Ces récepteurs, présentsen nombre limité au niveau cellulaire, vont induire une réponse biologique détectable, mais NON LIÉE au taux de liaison de l’hormone au niveau des récepteurs : pour retenir cette donnée, si cela peut vous aider, sachez qu’il existe des récepteurs, membranaires par exemple, sans partie intracellulaire, et qui donc n’induiront pas la production de seconds messagers : ils sont là en quelque sorte pour ‘’éponger’’ le surplus d’hormones. De fait, vous voyez bien qu’avec une donnée pareille, on ne peut pas faire de lien entre le taux de liaison et l’activité biologique qui en découle. Un peu comme des portes auxquelles l’on frapperait sans savoir si les habitants de la maison vont acheter ou non mon billet de tombola : on ne peut pas prévoir la recette de la journée ! Donc l’activité n’est pas proportionnelle à la concentration d’hormones. En revanche, l’activité va dépendre du nombre de récepteurs et de leur affinité pour l’hormone => attention dans les QCM ! B. RECEPTEURS MEMBRANAIRES Les récepteurs membranaires sont des récepteurs pour les hormones peptidiques et les catécholamines (cf. tableaux : ce sont les hormones hydrophiles !). Leur partie NH2-terminale est extracellulaire : site de liaison à l’hormone Leur partie COOH-terminale est intracellulaire : signalisation. Ces récepteurs ont un grand potentiel d’amplification de la réponse cellulaire par leur couplage à un système de signalisation entraînant de nombreuses cascades cellulaires. On distingue trois voies de transduction : - couplage à une protéine G → adénylate cyclase → phospholipase C - activité enzymatique intrinsèque : → tyrosine kinase intrinsèque → tyrosine kinase couplée → guanylate cyclase - activité canalaire Fonctionnement de la voie de l’adénylate cyclase : L’hormone se fixe sur un RCPG (récepteur couplé à une protéine G) à 7 domaines transmembranaires, dont l’extrémité COOH-terminale est régulée par un jeu de phosphorylation-déphosphorylation. La protéine G couplée au récepteur est soit de type S stimulatrice, soit de type I inhibitrice ; on prendra le cas d’une protéine Gs, pour l’explication qui suit. La protéine G se détache du récepteur et va activer une adénylate cyclase, qui va donc transformer de l’ATP en AMPc L’AMPc va - activer la protéine CREB qui va alors se transporter dans le noyau et induire la transcription des gènes des sites CRE en se fixant sur son promoteur - activer la protéine kinase A (AMPc dépendante) qui va phosphoryler ses cibles au niveau de résidus tyrosine, entraînant au final une augmentation de la synthèse et de la division cellulaire. Des phosphodiestérases viennent inactiver l’AMPc pour mettre la voie au repos ; la théophylline, en inhibant les phosphodiestérases, maintient l’activité de l’AMPc. On note qu’une augmentation de la concentration calcique (comme celle obtenue dans la voie de la phospholipase C) augmente l’activité des phosphodiestérases et donc diminue l’action de la voie de l’AMPc. Il y a donc un antagonisme entre les voies de la PLC et de l’adénylate cyclase. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 97
- 98. Fonctionnement de lavoie de la phospholipase C L’hormone se fixe sur un RCPG : la protéine G fixée au récepteur est une protéine Gs spécifique de la phospholipase C, GQ. La protéine G active la PLC qui coupe un phosphoinositol diphosphate en un diacyl glycérol DAG (qui reste dans la membrane du fait de son caractère hydrophobe) et en un inositol triphosphate IP3. IP3 libère le Ca2+ du réticulum endoplasmique. DAG active la protéine kinase C (PKC) qui va phosphoryler ses substrats et dont le coactivateur est le Ca2+ (ça tombe bien !) Hormones et récepteurs associés Récepteurs Hormones Adénylate cyclase Catécholamines et prostaglandines → vasodilatation ! (RCPG) - LH - ACTH - Phospholipase C Endothélines et thromboxanes → vasoconstriction ! (RCPG) Tyrosine kinase Insuline - IGF1 - et presque tous les facteurs de croissance intrinsèque (activité enzymatique) Tyrosine kinase GH - prolactine - EPO couplée (activité enzymatique) Guanylate cyclase Natriurétiques (activité enzymatique) Photons de la vision phosphodiestérases associées cibles du Viagra°, d’où les troubles de la vision comme effet indésirable à ce médicament. C. RECEPTEURS CYTOSOLIQUES ET NUCLEAIRES Ici : récepteurs aux stéroïdes, rétinoïdes et hormones thyroïdiennes. Ces récepteurs comportent trois parties : AB, DBD, et HBD de NH2 en COOH. AB est le domaine de transactivation du récepteur : il est riche en Ser et Thr (aa alcools) qui seront phosphorylés pour réguler finement le récepteur. A des degrés de phosphorylation très précis, le récepteur peut même s’autoactiver ! DBD, DNA-binding domain, est la zone spécifique de la région promotrice du gêne cible ; les 2 structures en doigt de zinc sont là pour aider à la dimérisation du récepteur. HBD, hormon-binding domain est le site de liaison à l’hormone ; il aide également à la dimérisation. La liaison de l’hormone à HBD modifie la conformation du récepteur qui va pouvoir former un homo ou un hétérodimère avec un autre récepteur (identique ou différent). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 98
- 99. Fiche 4 : Régulation du système endocrinien 1. SYSTÈME HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE La sécrétion de la plupart des glandes, des fonctions de croissance et de la lactation est sous le contrôle du système hypothalamo-hypophysaire (abrégé SHH ici) L’hypothalamus se situe au niveau du plancher du 3ème ventricule. On trouve plusieurs noyaux de neurones, des neurones de connexion et des neurones neurosécréteurs spécifiques, dont les extrémités se situent au niveau de l’éminence médiane, où les sécrétions sont déversées dans le système porte hypothalamo-hypophysaire. Ce réseau porte descend le long de la tige pituitaire pour former au final le réseau capillaire de l’antéhypophyse. Les capillaires y sont fenêtrés (larges passages entre les cellules endothéliales) ce qui permet le passage de peptides et de protéines, et donc des hormones sécrétées par l’hypothalamus. L’hypothalamus intègre de nombreuses informations, par des signaux chimiques, physiques, psychiques et hormonaux : sommation intégrative à laquelle il formule une réponse adaptée. Hormones hypothalamiques : libérines : releasing hormons : RH, stimulantes ; ex : CRH = corticolibérine ; TRH = thyréolibérine inhibines: inhibiting hormons : IH, inhibantes ; ex: PIH = prolactine inhibiting hormon, qui est en fait de la dopamine ! Hormones hypophysaires : stimulines : stimulating hormons : SH ex : TSH, FSH mais également LH, ACTH, … 2. BOUCLES DE RÉTROCONTRÔLE L’important dans ce chapitre est de comprendre la hiérarchisation des boucles de rétrocontrôle. Ces boucles sont en effet nécessaires pour contrôler si l’objectif final a été atteint et donc calmer le système régulateur quand la régulation a été effectuée : le rétrocontrôle peut se faire soit par l’effet généré (exemple : glycémie, calcémie comparées à des points de consigne) soit par le taux d’hormones sécrétées à la fin de la cascade hypothalamo- hypophysaire. Si la réponse est suffisante, il y a inhibition: la sécrétion diminue… mais ne s’arrête pas! Si la fonction entière contrôlée par le SHH ne fonctionne plus, il y a deux étiologies possibles : soit le tissu ne répond pas, auquel cas des libérines et stimulines seront trouvées dans le sang, soit le tissu ne demande qu’à répondre mais les glandes du SHH ne fonctionnent pas. Trois niveaux de rétrocontrôle: - boucle longue: l’hormone et ses effets répondent au SHH. - boucle courte : l’hormone hypophysaire répond à l’hypothalamus. - boucle ultracourte : l’hypothalamus se parle. Le plus fort niveau de rétrocontrôle est la boucle longue : si le tissu ne répond pas en aval (si par exemple il n’y a plus d’insuline) cette absence va jouer le rôle d’un rétrocontrôle positif !! Le SHH tient non pas à être régulé négativement par n’importe qui (boucle courte ou ultracourte) mais tient à ce qu’on l’entende et qu’on lui obéisse. De fait, si personne ne répond en bas, il crie plus fort et sécrète encore davantage d’hormones. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 99
- 100. 3. RYTHMES BIOLOGIQUESET CHRONOPHYSIOLOGIE Rythmes biologiques : - circadiens : de 24h, donnés par la rotation de la Terre sur elle-même rythme nycthéméral = rythme endogène génétique, de 20 à 28h, que l’on cale ensuite sur la société et sur l’alternance jour/nuit. - ultradiens de haute fréquence (cœur, pouls, respiration) et de basse fréquence (fonctions endocriniennes et de sécrétion, par ex. digestives). - infradiens : notamment circannuels : alternance des saisons. Horloge interne principale : se situe dans les noyaux suprachiasmatiques : des protéines font entre elles un mouvement de balancier : - Clock et BMal 1 forment un hétérodimère [Clock ; BMal 1]1 - [Clock ; BMal 1]1 stimulent les protéines Per et Cry - Tandis que Cry détruit [Clock ; BMal 1]1, Per 2 stimule la formation de [Clock ; BMal 1]2 - Per 3 diffuse ce rythme à l’ensemble du SNC (tourné vers le soi). - Per 1 reçoit des informations quant à l’imprégnation lumineuse de la rétine (tourné vers le non-soi). Zeitgeberts, les ‘’donneurs de temps’’ : synchronisent l’horloge interne avec la réalité. - la lumière : existence de neurones rétiniens atypiques qui transmettent l’information « photon » par une voie rétinohypothalamique, vers les noyaux suprachiasmatiques en particulier. - les comportements et les faits sociaux : réveil à telle heure, repas à telle autre : le corps s’adapte. - la mélatonine : sécrétée par la glande pinéale (= épiphyse) sous contrôle de l’horloge interne, la mélatonine présente une valeur stable et basse le jour et produit un pic sécrétoire au crépuscule qui atteint son maximal au milieu de la nuit avant de rediminuer jusqu’au lever du jour. Le pic de mélatonine est géré par l’alternance jour/nuit (et pas par le sommeil). En effet, la mélatonine est un dérivé lointain de la tyrosine dont la synthèse a pour étape-clé l’action de la N-acétyl transférase, enzyme dont l’expression est inhibée par la lumière. La mélatonine raccourcit la phase d’endormissement et augmente la durée de sommeil profond. Physio-biologie des rythmes sécrétoires : - travailleurs de nuit : risques cardiovasculaires, troubles de la libido, ulcères de l’estomac pour l’homme et stérilité fonctionnelle chez la femme. - jet lag : vols transméridiens, en particulier d’Ouest en Est, entraînent une difficulté de resynchronisation car l’horloge interne et l’environnement se contredisent => baisse des performances intellectuelles, instabilité, troubles psychiques, troubles à l’endormissement. Resynchronisation grâce à un comprimé de mélatonine au moment où le sujet est sensé s’endormir ? - cécité totale : la rétine est détruite, la lumière n’est plus perçue, il n’y a plus de zeitgeberts, mais l’horloge interne, elle, existe toujours. Le sujet est alors en free running rhythm : il se cale sur son rythme endogène et se décale peu à peu par rapport au rythme circadien. Resynchronisation partielle par la mélatonine. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 100
- 101. Fiche 5 : Médiateurs paracrines et autacoïdes 1.CYTOKINES Quatre catégories : - EGF (epidermal) fonctionnellement rattachées aux TGF (Tumor Growth Factors : épithélium, fibroblastes…) - PDGF (dérivé des plaquettes), mitotiques, rattachés aux FGF (Fibroblast) et VEGF (Vascular Endothelium). - IGF1 et IGF2 (Insuline-like Growth Factors), croissance des cellules mésenchymateuses - Facteurs de croissance des cellules sanguines dont les interleukines. 2. FACTEURS ENDOTHÉLIAUX Le mystère : des vaisseaux, stimulés par le système parasympathique (Ach), subissent une vasodilatation ; MAIS des vaisseaux abîmés, sans endothélium, subissent une vasoconstriction paradoxale en présence de fortes doses d’Ach ! Conclusion : il existe un facteur endothélial induit par l’Ach et qui produit une vasodilatation ! Il s’agit du NO°. Comment ça marche ? - CELLULE ENDOTHÉLIALE : la NOSe (NO-synthase endothéliale) induite par une augmentation de Ca2+, provoquée elle-même par différents facteurs, synthétise à partir de la L-arginine et de O 2, de la L-citruline et du NO°. Le NO° va alors diffuser vers la… - CELLULE MUSCULAIRE LISSE, où il va se fixer au niveau de la guanylate cyclase SOLUBLE ; celle-ce synthétise du GMPc à partir de GTP ; le GMPc va activer la protéine kinase G qui par cascade va permettre la diminution de Ca2+ et donc la relaxation de la cellule musculaire lisse. Attention : il n’y a pas de contradiction au niveau des mouvements de calcium : ça ne se passe pas au même endroit ! L’augmentation de la concentration calcique va être provoquée par : les forces de cisaillement ; l’Ach, la bradykinine ou encore l’IGF1, vasodilatrices ; l’endothéline, l’angiotensine II, vasoconstrictrices (ce qui évite, quand une vasoconstriction est ordonnée de se retrouver avec une ischémie en aval). 3. PROSTANOÏDES ET EICOSANOÏDES Les eicosanoïdes sont des dérivés de l’acide arachidonique (20 carbones, 4 insaturations) libéré par la phospholipase A2 et transformé par la cyclo-oxygénase (Cox) en prostanoïdes : les prostaglandines et les thromboxanes. PGE2 est le chef de file des vasodilatateurs alors que les TX sont globalement vasoconstricteurs. L’aspirine est un anti-inflammatoire non stéroïdien : en cas d’inflammation, la douleur étant médiée par les prostaglandines, l’aspirine va inhiber la Cox (les anti-inflammatoires stéroïdiens inhibent eux directement la PLA2). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 101
- 102. 4. SYSTÈME KININE– KALLIKRÉINE Ce système est basé sur le kininogène, prohormone circulante synthétisée par le foie, le rein et le pancréas. Les kallikréines, enzymes qui génèrent la bradykinine, sont elles sécrétées de façon paracrine. La bradykinine, à 9 aa, va agir sur deux types de récepteurs : - B2 dans les conditions basales : vaisseaux, rein, tube digestif, poumon => relaxation vasculaire directe, avec en plus stimulation locale de PGE2 et NO°. - B1 dans les conditions inflammatoires : constriction par action sur un récepteur des fibres lisses couplé à la PLC. On observe donc un effet inverse selon que le vaisseau soit sain ou inflammatoire. Ce système est bloqué par les antiasthmatiques puisqu’il semble contribuer à la réaction inflammatoire des bronches dans certains asthmes où les poumons expriment B1. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 102
- 103. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 103
- 104. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 104
- 105. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 105
- 106. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 106
- 107. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 107
- 108. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 108
- 109. Fiche 6 : QCM 1. C 11. AC 2. BCD 12. BCD 3. CE 13. BCD 4. ACD 14. Aucune 5. AC 15. ABD 6. C 16.C 7. CE 17. AC 8 .D 18. Aucune 9. BCD 19. BE 10. D 20. ACD Justifications : 1. A. Les deux parties de la phrase sont vraies mais pas le lien de cause à effet : c’est un des pièges préférés du Pr Tack. B. On ne coupe pas le système nerveux ! D. Non, justement, c’est expliqué au début des cours : il y a des cellules qui ont des propriétés endocrines sans être des cellules endocrines (ex des cellules adipeuses et de la leptine). E. C’est l’activation du système cholinergique, sympathique. 2. A. Pas de lien de cause à effet : les catécholamines ne sont pas administrées par voie orale car leur demi-vie est trop courte. E. Ce n’est pas faisable par voie orale car l’ADH est un peptide et donc est dégradé par l’intestin. 3. A. C’est la réversibilité : l’hormone n’est pas modifiée, contrairement au substrat d’un enzyme. B. Un ligand naturel est un ligand physiologique, un ligand physiologique ne se lie pas de manière irréversible, par définition. D. Non, c’est l’affinité du site de liaison. 4. B. La concentration comprend la forme liée et la forme libre : seule la forme libre se fixe au récepteur donc c’est faux. (C’est tordu, mais ça sort du TD de la fac, comme tous les autres QCM d’ailleurs). E. On a une réserve de 1 mois d’hormones thyroïdiennes, du fait justement de la discontinuité de l’apport d’iode. 5. B. Dans le rein, l’hydroxylation se fait en 1alpha. D. Pas dans les urines, et ne reflète pas l’intensité de sécrétion puisqu’il y a un stock d’HT. E. C’est justement le désavantage d’un ancien dosage qui détectait une partie centrale de la PTH, qui était commune aux active et dégradée ; les fragments d’hormone de PTH sont inactifs. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 109
- 110. 6. A. Onn’a pas d’information sur l’action dans une étude de liaison. B. On évalue indifféremment les récepteurs actifs ou inactifs dans une étude de liaison. D. …, plus il y a de possibilité qu’il s’agisse d’un site de liaison SPÉCIFIQUE. E. Pour connaître la [C] hormonale nécessaire pour obtenir 50% de la liaison maximale. 7. Analyse des courbes : on recherche toujours Bmax et KD: Bmax est différent dans les deux conditions comme on le voit sur la figure 1 (asymptote à 30 environ pour A, et à moins de 15 pour B). KD est identique dans les deux conditions comme on le voit sur la figure 2 : les courbes sont parallèles, les pentes sont donc identiques, or la pente est égale à -1/KD donc le KD est le même. On peut également trouver le K D en regardant à quoi est égale 1/2 Bmax sur l'axe des abscisses : c'est la définition. A. La liaison spécifique a diminué, oui, mais pas l'affinité! B. On n'a pas d'information sur la réponse biologique avec une étude de liaison C. Vrai : le "parce que" peut sembler bizarre, mais c'est bien à cause de cette définition que vous avez trouvé la réponse. D. Toujours pas de lien entre liaison et activité biologique ! 8. KD = 5 nM et KD = 0,5 nM : ce sont les concentrations pour lesquelles la moitié des récepteurs sont liés. Dans l'artère, 0,5 nM suffisent pour obtenir 50% de la liaison maximale, tandis qu'il en faut 10 fois plus pour avoir la même chose dans le duodénum. Les récepteurs artériels ont plus d'affinité pour la BK que les récepteurs duodénaux On peut aussi raisonner autrement : la constante de dissociation K D est supérieure dans le duodénum donc ses récepteurs se dissocient plus facilement de la BK que dans l'artère donc leur affinité pour la BK est moindre. A. Affinité des R duodénaux inférieure à l'affinité des R artériels puisque le KD duodénal est supérieur au KD artériel B. Ce serait vrai dans l'artère. A 5 nM, ce serait vrai dans le duodénum. C. Il ne faut pas tout confondre : il faut dix fois plus de BK pour obtenir le même effet, ça ne veut pas dire que les deux tissus veulent absolument avoir la même liaison et qu'ils augmentent leurs nombres de sites de liaison en conséquence! D. Vrai sinon vous auriez plusieurs KD différents pour chaque tissu. E. Seulement la moitié. 9. A. La liaison insuline récepteur est extracellulaire. E. On essaie de vous embrouiller, ne vous laissez pas faire! 10. Ne pas s'affoler au concours si vous avez la description d'une expérience sans graphique associé : ne pas croire systématiquement à une erreur d'impression ! A. Non puisqu'il faut seulement 10-9 M d'agoniste pour le même résultat avec 10-6 M d'hormone A (1000 fois plus) B. Ce n'est pas une étude de liaison mais c'est un dosage d'AMPc, qui est la réponse cellulaire à l'activation des récepteurs. C. Ne pas sonfondre Bmax et KD : ici, il s'agit d'une question d'affinité. E. Ce n'est pas la raison : il s'agit de la notion de saturation d'une voie de transduction. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 110
- 111. 11. Il s'agitd'une étude de réponse biologique puisqu'on mesure la réponse au niveau du diamètre luminal d'un capillaire soumis à différentes conditions. Le point de comparaison (témoin sera a), avec l'Ag II seule. En b), les récepteurs de type 1 et 2 sont inhibés, l'Ag II ne peut plus agir, le diamètre est inchangé. En c), l'absence de réponse à l'inhibition des récepteurs de type 2 induit une action de l'Ag II exclusivement via les récepteurs de type 1. En d), l'inhibition des NO-synthases empêche la synthèse de NO°, vasorelaxant : le diamètre diminue encore ; l'Ag II active donc paradoxalement la synthèse de NO° pour éviter une trop grande constriction. En e), le diamètre diminue encore par rapport à a) : la Cox, par synthèse des PG vasorelaxantes évite, elle aussi, l'anoxie tissulaire (on le voit, à un niveau moindre que NO°). B. On n'en sait rien, c'est une étude de réponse biologique, le maximum que l'on peut savoir, c'est la saturation des moyens de réponse cellulaire. D. Si cela avait été le cas, l'inhibition de la Cox aurait augmenté le diamètre. E. Il y aurait une diminution encore supérieure à d). 12. A. Oui, il y a un stock, mais dans la thyroïde: si on l'enlève, la chute des hormones thyroïdiennes sera fonction de leur demi-vie (6 jours environ pour T4). E. La TRH va certes augmenter, mais ce n'est pas pour autant qu'elle va aller jouer le rôle de TSH qui seule, peut stimuler la sécrétion de T4 et T3. 13. A. Les oestrogènes sont des hormones hydrophobes donc fortement liées et donc à demi-vie plus longue => elles ne peuvent pas presque disparaître en 24h ! E. Il n'y a jamais de compensation après castration ! Sinon il n'y aurait ni voix de castrat, ni ménopause ! 14. A. Pas directement : elle diminue les sécrétions de l'axe hypothalamo-hypophysaire et donc indirectement celles des surrénales. B. Seules la PTH et l'insuline ont leurs sécrétions régulées par l'effet qu'elles induisent ; les autres sont régulées par l'hormone circulante. Ici, la sécrétion de CRH est directement inhibée par l'agoniste. C. Aucun lien entre ACTH et sécrétion de testostérone. D. Vrai avec une interruption lente. E. Une étude de liaison ne donne aucune indication sur l'activité. 15. C. L'hormone sera toujours sécrétée, il n'y a pas de rétrocontrôle par la voie de transduction cellulaire qu'elle déclenche. E. L'augmentation ne va pas entraîner de modulation de la sécrétion. La diminution par contre oui, mais il s'agit d'un cas pathologique. 16. A. Pendant le sommeil ! B. Ce n'est pas une raison ! D. On sait qu'une sécrétion de GnRH en continu bloque la sécrétion de testostérone (c'est un des moyens de castration chimique, d'ailleurs). E. L'ultracourte concerne l'hypothalamus qui exerce un rétrocontrôle sur lui-même. 17. B. La boucle longue prédomine => le CRH va être augmenté en l'absence de cortisol. D. Non puisque le cortex des glandes surrénales est détruit => il n'y a plus de cortisol DU TOUT. E. L'ACTH a un rythme de sécrétion circadien sans influence des boucles de rétrocontrôle longues ! Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 111
- 112. 18. A. IGFpar exemple est sécrété de façon endocrine. B. Beaucoup de facteurs de croissance agissent avec une activité tyrosine-kinase, mais cela ne détermine pas pour autant le fait d'être un facteur de croissance : le lien de cause à effet est donc faux ici. C. Synthèse paradoxale de NO° pour éviter l'anoxie tissulaire. D. Cela empêche la synthèse de PG autant que des TX : il s'agit de la même voie de synthèse. E. Leur caractère hydrophobe les fait traverser d'office la barrière de la membrane plasmique hydrophobe. 19. A. La guanylate cyclase des cellules musculaires lisses, qui répond au NO°, est soluble ! B. Vrai : cf. NO° synthétisé par l'endothélium. C. Les AINS inhibent les PG, qui ont, elles, une action stimulatrice sur la natriurèse => les AINS diminuent l'excrétion rénale. D. On cherche à vous embrouiller ! 20. B. La mélatonine a une durée de vie courte. D. La synthèse de mélatonine est uniquement influencée par la lumière. E. Déjà, un lien de cause à effet pareil, c'est louche : le fait qu'il y ait peu de mélatonine au matin est physiologique ! Donc ça on ne va pas y toucher lors du traitement. Mais en plus, il est dit dans votre cours que cette administration est faite à l'endormissement (là où normalement il y a un pic de mélatonine). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 112
- 113. 5ème partie :BIOENERGETIQUE (Pr TACK) : Marie ESTEBE - Fiche 1 : Bases de la bioénergétique. - Fiche 2 : Bioénergétique cellulaire : production d’énergie cellulaire. - Fiche 3 : Bioénergétique cellulaire : stockage de l’énergie cellulaire. - Fiche 4 : Bioénergétique cellulaire : exemples d’adaptation du métabolisme énergétique. - Fiche 5 : Bilan énergétique chez l’homme : méthodes d’étude. - Fiche 6 : Bilan énergétique chez l’homme : dépenses énergétiques. - Fiche 7 : Besoins énergétiques et ration alimentaire. - Fiche 8 : Gestion des stocks énergétiques. - Fiche 9 : QCM corrigés et rédigés. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 113
- 114. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 114
- 115. Fiche 1 : Bases de la bioénergétique 1) Définitions : a) La vie : -« La vie, c’est de l’énergie organisée par de l’information ». -« La vie est un équilibre thermodynamique instable. L’énergie est une capacité à fournir un travail sa capacité à modifier l’état d’autres systèmes avec lesquels il interagit : l’organisme est un système ouvert. -L’unité standard internationale de l’énergie est le Joule. b) Les différentes formes d’énergie : -Rayonnante, nucléaire, électrique, chimique, mécanique, thermique… -Chez l’Homme, 3 formes d’énergie sont mises en jeu : -l’énergie chimique potentielle -l’énergie mécanique -l’énergie thermique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 115
- 116. c) La bioénergétique: C’est la discipline qui s’intéresse aux échanges d’énergie entre l’Homme et le milieu extérieur et aux transformations d’énergie au sein de l’organisme. 2) Principes fondamentaux : a) Relation entre masse et énergie : -E = mc2 . -L’énergie totale d’un système isolé est constante : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » (Lavoisier). -Le métabolisme énergétique ne s’intéresse qu’à une partie infime de l’énergie de la matière. On considère donc que dans les réactions du métabolisme énergétique, la quantité de matière demeure constante, bien qu’il y ait libération d’énergie. b) Conservation de l’énergie et de la masse : Conservation de l’énergie Conservation de la masse - EE-SE=BE - EM-SM=BM -EE= Entrée d’énergie -EM= Entrée de matière -SE= Sortie d’énergie -SM= Sortie de matière -BE=Bilan d’énergie -BM=Bilan de matière - L’énergie reste très peu de temps sous - Le bilan peut être positif, dans ce cas, forme libre, elle est stockée (uniquement sous les stocks augmentent ; au contraire, si le bilan forme d’énergie chimique potentielle). est négatif, les stocks diminuent. Dans les conditions physiologiques, le bilan est nul. En fonction des variations du bilan d’énergie, il y aura variation de matière. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 116
- 117. c) Equivalence desdifférentes formes d’énergie : -C’est le premier principe de thermodynamique. -L’organisme capte l’énergie sous forme d’énergie chimique potentielle, il pourra ensuite la stocker. -L’organisme perd de l’énergie sous forme chimique (perte limitée) mais aussi sous forme mécanique et thermique+++. -Pour l’énergie, l’USI est le joule mais les médecins utilisent aussi la calorie : -1 Cal=4,185 J -Soit 1kJ=0,239 Kcal. La puissance est exprimée en Watt=1J/s. 3) Echanges de matière et d’énergie : a) Echanges de matière : -Par les poumons et l’intestin qui sont des voies d’entrée et de sortie. -Par le rein et la peau (sécrétion sudorale) qui sont uniquement des voies de sortie. -Les matières peuvent être échangées : -Avec transfert d’énergie pour les matières organiques. -Sans transfert d’énergie : pour les sels minéraux, l’eau et les gaz. b) Echanges d’énergie : *Energie chimique potentielle : -Nous sommes des animaux hétérotrophes. Nous ne savons pas utiliser l’énergie rayonnante à la surface de la terre, nous ne savons donc utiliser que l’énergie chimique potentielle d’autres organismes (animaux et végétaux). -Cette énergie chimique potentielle est sous forme de molécules complexes (lipides, glucides et protéines). -Elles seront ensuite oxydées (rupture des liaisons C-H) par la respiration. -Elles libèreront ensuite une masse équivalente de matière (CO2, H2O) et de l’énergie. -En quantité équivalente pour les glucides et les lipides. -Pour les protéines, il y aura aussi libération d’urée (qui n’est pas métabolisable par l’Homme). -L’énergie libérée peut être stockée temporairement par des liaisons pyrophosphate, très riches en énergie. Ainsi, des petites molécules phosphorées (ATP+++, GTP, IP3, créatine phosphate) sont formées. L’hydrolyse d’une liaison pyrophosphate libère 29kJ /mol. Rmq : les liaisons pyrophosphate occupent du volume et de la masse, la capacité de stockage est donc faible. Nous avons des réserves pour 1 minute environ. Il y a donc un turn-over de l’énergie permanent. -L’énergie sera ensuite utilisée : -Pour former des liaisons de haute énergie (covalentes). -Pour la phosphorylation : -dans des réactions métaboliques -dans la signalisation cellulaire -Pour le fonctionnement cellulaire (transport d’ions, pompes…) -Pour la transformation en énergie mécanique pour la cellule musculaire. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 117
- 118. -L’équivalent énergétique : -Dans une bombe calorimétrique, on réalise une combustion complète et brutale et on mesure l’énergie produite. -Equivalent énergétique pour les : -lipides : 38kJ/g -glucides : 17kJ/g -protéines : 17kJ /g -Mais attention ! Dans la bombe calorimétrique, les protéines sont totalement oxydées, on n’obtient donc pas d’urée, l’équivalent énergétique des protéines est donc supérieur à ce que l’on obtient chez l’Homme (qui n’est pas capable d’oxyder les liaisons N-H de l’urée). => L’équivalent énergétique des protéines = Equivalent énergétique des protéines total - Equivalent énergétique de l’urée. *Energie mécanique : -C’est uniquement une source de sortie. -Le raccourcissement des cellules musculaire consomme de l’ATP. Le rendement n’est pas très bon : 20 à 25%. C'est-à-dire qu’ ¼ de l’énergie chimique potentielle sera transformée en énergie mécanique, les ¾ restants seront perdus sous forme thermique. -On la mesure par ergométrie. -Le facteur limitant est la présence d’O2 qui dépend de la capacité respiratoire du sujet mais aussi, et surtout, du débit cardiaque. *Energie thermique : -C’est la forme principale de sortie car: -Toutes les formes de transformations de l’organisme dégagent de l’énergie thermique. -Le maintien de la température corporelle à 37°C +/- 0.5°C. Ex. si la température extérieure est très froide : le fonctionnement de base ne suffit plus pour réchauffer le corps, il faut donc dépenser de l’énergie qu a été stockée. -Pour les animaux hibernants : mobilisation de la graisse brune (très peu présente chez l’homme, un peu chez le nouveau-né). -Chez l’homme : mouvements incoordonnés : les frissons, qui ont un rendement très faible : 75% de l’énergie sont libérés sous forme d’énergie thermique. -Les échanges d’énergie thermique avec le milieu extérieur sont réalisés sous 4 formes : radiation, convection, conduction et évaporation. Voir tableau page suivante. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 118
- 119. Radiation Convection Conduction Evaporation Type Entre des Entre des Entre des Passage de l’état d’échanges : surfaces de t milieux mobiles milieux liquide à l’état de °C ≠. de t°C ≠. immobiles de t vapeur. °C ≠. Echange de contact. Forme : Pas de support Par exemple, Entre la peau et -Humidité permanente matériel. entre la peau et l’air emprisonné des muqueuses. l’air ambiant ou dans des -Sueur : vaporisation l’eau. vêtements par pour disperser de exemple. l’énergie. Sécrétée par les glandes sudoripares. Eau ruisselante quand l’évaporation ne suffit plus. Attention, cela est dangereux car on arrive aux limites de la sudation pour maintenir la température constante. Il y a un risque d’hyperthermie. 2 2 Coefficient 5 W/m /°C. 5 W/m /°C. Il varie : il est La chaleur latente d’échanges plus élevé pour d’évaporation est thermiques : les solides l’énergie qu’il faut minéraux que pour évaporer 1g pour les d’eau ; elle vaut 2,425 solides kJ. biologiques. Rôle : L’organisme tend à les limiter : Disperser un excès de -S’il fait trop froid, on augmente les pertes thermiques température. car l’écart entre la t°C du corps et la t°C extérieure augmente. Ainsi l’organisme va chercher à diminuer cet écart de température et va entraîner une vasoconstriction. -Au contraire quand il fait chaud : Vasodilatation. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 119
- 120. Fiche 2 : Bioénergétique cellulaire : Production d’énergie cellulaire 1) Introduction : -On peut comparer la cellule à une machine à explosion. -Cependant dans la cellule, ce n’est pas une oxydation brutale car les enzymes qui interviennent ont un domaine d’activité restreint : leur rendement est sensible aux variations de température. -Il y a donc oxydation progressive des nutriments. L’oxydation est un transfert d’électrons d’une molécule à une autre. Il y a utilisation de coenzymes : NAD et FAD, en présence d’O2. C’est la respiration cellulaire. 1-Une partie de l’énergie chimique est transformée en énergie libre. C’est une réaction exergonique. -Puis une partie de l’énergie libre est libéré et récupérée par une réaction que l’on qualifie d’endergonique : elle permettra le stockage de l’énergie (Ex : Phosphorylation de l’ADP+Pi=>ATP. Rmq : Les réactions endergoniques ne se réalisent que par couplage avec des réactions exergoniques. 2-Le reste est dissipé sous forme d’énergie thermique. 2) La glycolyse : -Combustion: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energie. -L’énergie libérée = -686 kcal. Elle est ≤0 car c’est une réaction exergonique (cf biophysique…) -Comme cela était précisé dans l’introduction : -Energie thermique perdue. Représente -420 kcal -Réactions endergoniques pour former de l’ATP. Cela représente -686 - (-420) = -266 kcal. Soit 40% de l’énergie est transformée en ATP. -Pour le métabolisme oxydatif, on ajoute 38 mol d’ADP et 38 Pi ainsi, 38 ATP sont formés. -Il existe deux types de glycolyse : -La glycolyse aérobie -La glycolyse anaérobie. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 120
- 121. a) Glycolyse anaérobie (réaction d’Embden Meyerhof): i. Au total, en présence d’O2, 38 ATP sont produits. Rmq : certains biologistes estiment que les électrons nécessaires à l’oxydation consomment 1 ou 2 ATP pour être intégrés dans la mitochondrie. Le bilan sera donc de 36 ou 37 ATP. b) Glycolyse anaérobie : -En aérobie, le pyruvate est réduit en acétylCoA qui entreront ensuite dans le cycle de Krebs… -En anaérobie, le pyruvate est réduit et donne deux acides lactiques. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 121
- 122. 3) Lipolyse : -Les lipides sont stockés sous forme de triglycérides (TG). -Les lipides sont utilisés à des fins énergétiques: - TG + Acides gras libres (= AGL) au niveau du sang - AGL + Glycérol au niveau de la cellule. -Le métabolisme lipidique fournit 2,5 fois plus d’ATP que le métabolisme du glucose (car le nombre de liaisons carbone-hydrogène est plus grand). 4) Protéolyse à visée énergétique : -Métabolisme complexe. -Il dépend de la nature des acides aminés. -Etape initiale : toujours la désamination oxydative. Acide aminé α céto-acide + Ammoniac Il est cytotoxique, neurotoxique…, il est donc retiré de la circulation par le foie, transformé en urée qui sera éliminée par le rein. (Elle est non toxique et hydrosoluble). Attention ! -Dans le cas de l’insuffisance hépatique, il y a accumulation d’ammoniac dans le sang ce qui entraîne la confusion du patient jusqu’au coma métabolique s’il n’est pas pris en charge. -Dans le cas de la cirrhose, on retrouve des varices au niveau des veines oesophagiennes, celles-ci peuvent se rompre, le sujet digère alors son propre sang. Ceci provoque un afflux brutal de protéines et donc une augmentation de la production d’ammoniac.=> coma. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 122
- 123. 5) Bilan énergétiqueglobal et quotient respiratoire. -Tous les métabolismes nécessitent de l’O2. -On définit le quotient respiratoire = C02 produit. O2 consommé Valeurs du quotient respiratoire: pour les protéines : ≈0,80 pour les lipides : ≈0,70 pour les glucides : ≈1 Rmq : Les lipides ont donc une richesse en O2 supérieure à celle des protéines, qui sont elles mêmes plus riches en O2 que les glucides.. -Attention, les 3 types de métabolismes oxydatifs ont ≈ le même rendement énergétique. 40% de l’énergie sont libérés sous forme d’énergie chimique potentielle 60% sous forme d’énergie chimique. Exception : la glycolyse anaérobie dont le rendement est de 6%. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 123
- 124. Fiche 3 : Bioénergétique cellulaire : Stockage de l’énergie cellulaire Les apports (alimentaires) sont discontinus tandis que l’utilisation de l’énergie est continue, il est donc nécessaire de stocker l’énergie. 1) Il y a 3 formes principales de stockage d’énergie : Graisse Protéines Glycogène % du stock d’énergie 75% 24-25% 1% Forme Triglycérides (TG) Acides aminés Polymères de glucoformateurs glucose Localisation Dans le tissu adipeux : Au niveau du foie+++ Au niveau hépatique et cela représente 10 à musculaire 30% de la masse corporelle. Mécanisme AG + glycérol => TG Transamination des Sucres de protéines. l’alimentation + acides libération d’acides aminés aminés dont 50% glucoformateurs + sont glycérol glucoformateurs. => glycogène Désamination oxydative Utilisation énergétique et néoglucogenèse Forme optimale de -Ce n’est pas une Le glycogène stockage car : réelle forme de hépatique permet le -le rendement stockage, c’est une maintien de la énergétique est de forme de réserve glycémie en DH des 38kJ/g. potentielle. repas : par la -Forme de stockage qui -Rendement : 17kJ/g déphosphorylation du représente un volume glycogène grâce à la faible car les molécules glucose 6-phosphatase sont peu hydratées. (que le muscle ne possède pas) 2) Coût du stockage énergétique : Après les repas, on observe une augmentation de la consommation d’O2 et la thermogenèse post-prandiale. -Stockage direct : Ex : -AG intégrés dans les TG : 3% de la valeur énergétique initiale. -Glucose glycogène : 7% de la valeur énergétique initiale. -Stockage indirect : il nécessite des conversions. Ex : -Glucides graisse -Protéines glycogène : 23% de la valeur énergétique initiale. Le stockage peut représenter jusqu’à 25% de la valeur énergétique initiale. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 124
- 125. Fiche 4 : Bioénergétique cellulaire : Exemples d’adaptation du métabolisme énergétique 1) Le jeûne et la malnutrition : a) Mise en jeu des réserves énergétiques. Phase initiale Phase intermédiaire Phase terminale ≤ 3jours Du 4ème jour à la fin du Du 60ème au 90ème jour 2ème mois Pendant ≈ 12h Néoglucogenèse : -On observe une -Le catabolisme Glycogénolyse A partir : diminution du protéique délétère a lieu hépatique : -du glycérol issu métabolisme basal car les stocks lipidiques de la lipolyse (« Pour limiter les sont épuisés. Quotient - +++ de protéines dégâts ») respiratoire ≈ 0,8 => Excrétion de -L’excrétion d’urée est car il y a l’urée augmente -Lipolyse : (la très augmentée prédominance beaucoup. dégradation des d’utilisation des protéines diminue) -Cela entraîne la mort, protéines et Quotient respiratoire après des problèmes des glucides ≈ 0,75 -Le SNC utilise les infectieux et des corps cétoniques problèmes de issus de la lipolyse. cicatrisation. -Perte de 300g/jour dont 2 /3 de graisses. -Maintien des fonctions vitales. b) Formes extrêmes de malnutrition : *Le Marasme. -Carence protido-énergétique à prédominance énergétique. -Enfants cachectiques : -diminution de la croissance -perte du tissu adipeux -diminution de la masse musculaire -pas d’oedèmes. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 125
- 126. *Le Kwashiorkor. -Carence à prédominance protidique. -Sujets qui conservent relativement leur masse grasse => enfants ayant un gros ventre. -Stéatose hépatique. -Défaut d’albumine (qui est une protéine) dans le sang. C’est elle qui détermine +++ la pression osmotique du plasma. Il y a donc un flux de liquides vers le secteur interstitiel et formation d’oedèmes. -Complications : -Anémies. -Défaut de cicatrisation. -Broncho-pneumopathies. -Le sujet ne marche plus. -Le système immunitaire est affaibli, car ce sont surtout des protéines qui interviennent, entraînant des infections urinaires… -Le sujet devient grabataire et finit par mourir. Renutrition des sujets en privilégiant l’apport en sucres car ils exigent moins de transformations chimiques que les lipides et les protéines. 2) L’exercice (cf schéma « adaptation du métabolisme énergétique : exemple de l’exercice physique du polycopié du Pr Tack) Effort de très courte Effort de courte durée Effort de durée moyenne ou durée longue Durée de 10 à 15 secondes ≤ 3 minutes ≥ 3 à 5minutes l’effort Débit 50 kcal/min 30 kcal/min 12 kcal/min d’énergie Voies Phosphorylation -Glycogénolyse -Glycolyse aérobie. mises en de l’ADP par la musculaire. jeu créatine -Oxydation aérobie du phosphate. -Glycolyse anaérobie glycogène musculaire et du => production d’acide glucose plasmatique. lactique (facteur limitant de l’effort). -Oxydation aérobie des AGL et des TG. -L’effort peut se prolonger plusieurs heures. La glycémie est maintenue. -La proportion des glucides et des lipides utilisés dans le métabolisme oxydatif varie en fonction du temps. Après 4h : 2/3 d’AGL, 1/3 de glucose. (Voir diagramme dans le poly.) Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 126
- 127. Fiche 5 : Bilan énergétique chez l’humain : Méthodes d’étude 1) Calorimétrie directe : -On mesure directement les sorties d’énergie. -Chez l’homme, en dehors du cas où il y aurait une activité physique et production d’énergie mécanique, la seule forme de sortie est l’énergie thermique (premières expériences : expériences de Lavoisier). a) Calorimétrie directe globale : -Méthode de référence. -On place le sujet dans une enceinte adiabatique => la température dans l’enceinte augmente. -Pour cette méthode d’étude, on met en place un système de climatisation pour maintenir la température de la pièce stable. L’énergie retirée est donc l’énergie produite par le sujet. b) Calorimétrie directe fractionnelle : -Méthode expérimentale. -On tient compte des différentes voies d’échange possible : convection, radiation, conduction et évaporation. 2) Calorimétrie indirecte : -On détermine indirectement les entrées d’énergie en calculant les entrées en substrats énergétiques. - On détermine indirectement les sorties d’énergie en calculant la consommation d’O2 ou l’excrétion des produits du catabolisme. a) La thermochimie alimentaire : méthode des ingesta. -On pèse tous les aliments. -On détermine leur teneur en lipides, en glucides et protéines. -On calcule l’équivalent énergétique (ce n’est pas toujours vrai mais on part du principe que 100% des nutriments sont absorbés). -Il faut s’assurer que le bilan d’énergie est stable (on pèse le patient). b) La thermochimie respiratoire : méthode des egesta. -Toute dépense d’énergie dans notre organisme répond à des mécanismes d’oxydation, il y a donc consommation d’O2. -On mesure la consommation d’O2. -On évalue la quantité d’énergie produite. -On utilise l’équivalent énergétique de l’O2 pour chaque nutriment : -lipides : 19kJ/L d’O2 => pour les calculs, on prendra la -protéines : 20kJ/L d’O2 valeur moyenne de : -lipides : 21kJ/L d’O2 20kJ/L d’O2 Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 127
- 128. 3) Estimation desstocks énergétiques. a) Stock d’énergie chimique potentielle. -75% sous forme lipidique. -25% sous forme protéique -1g de poids corporel a un équivalent énergétique de 9kJ. => Si sur une durée donnée, un sujet a un excédent énergétique de 540kJ par exemple, cela représentera une prise de poids de 540/9=60g. b) Stock d’énergie thermique. -Il est négligeable. -Quand on augmente la température centrale de 1°C, 245kJ sont accumulés, ce qui correspond à 6,5g de lipides. => On évalue le stockage énergétique par la pesée, la mesure des plis cutanés ou encore par la méthode d’immersion ou par tomodensitométrie. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 128
- 129. Fiche 6 : Bilan énergétique chez l’humain : Dépenses énergétiques 1) Dépenses énergétiques « de fond » : -= Métabolisme basal. -Dépenses inévitables : fonctionnement des pompes ioniques, des muscles au repos, des poumons, du cœur… -On le mesure chez un sujet éveillé (car lors du sommeil, le métabolisme basal diminue de 10%), à jeun depuis plus de 12h, dans un milieu ayant une température neutre. -Il est constant pour un individu donné. -80 à 100 W (variations avec le poids, la taille, le sexe, l’âge, et +++ la surface corporelle valeurs de référence : -45W/m2 pour l’homme -42W/m2 pour la femme) -Facteurs qui augmentent le métabolisme basal : -les hormones thyroïdiennes (quand leurs taux augmentent). -la grossesse -l’hyperthermie -certaines drogues telles que les amphétamines ou la caféine. 2) Dépenses énergétiques « de fonctionnement ». -= Dépenses contingentes, on peut les éviter temporairement, les faire fluctuer… (Ex : exercice musculaire, adaptation à la température ambiante, absorption d’aliments…) a) Effort musculaire : -Facilement étudié par thermochimie respiratoire. -Rendement de 25%. -La consommation d’O2 augmente avec la puissance développée. => La VO2max est la puissance maximale aérobie =2,5 – 3L/min soit 800-1000 W consommés. La VO2max =10 fois la VO de repos. Avec l’entraînement elle peut augmenter jusqu’à 5L/min pour un débit d’énergie consommée de 1600W. b) Homéothermie : - C’est le maintien de la température constante à 37°C +/- 0,5 °C. -Adaptation aux milieux froids/milieux chauds. Milieu froid Milieu chaud -Thermogenèse -Thermolyse -Le métabolisme basal peut être multiplié par -Système moins développé que pour la 4. Frissons. thermogenèse car on résiste bien à la chaleur. -Thermogenèse post-prandiale : -Après la prise d’un repas, il y a augmentation de la consommation d’O2 pour transformer les nutriments. -Il y a augmentation de la déperdition énergétique qui représente environ 10% de la valeur énergétique des nutriments ingérés (pour les protéines : cela peut représenter jusqu’à 30%). Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 129
- 130. Fiche 7 : Besoins énergétiques et ration alimentaire -Apports énergétiques exclusivement sous forme d’énergie chimique potentielle. -Il y a deux composantes : -Energétique : lipides, glucides, protides. -Non-énergétique : eau, sels minéraux, vitamines… -Il faut maintenir le bilan énergétique nul. Il doit donc y avoir adéquation entre les besoins et les apports. -On définit « la ration d’entretien de l’adulte ». -Pour l’homme sain ayant une activité faible elle est comprise entre 11000 et 12500 kJ. Pour une activité moyenne, entre 12500 et 14500 tandis que pour une activité intense elle est comprise entre 14500 et 16000. -La ration d’entretien de la femme est 10% inférieure à celle de l’homme. Bien entendu pour la grossesse et l’allaitement, les besoins augmentent +++. -Pour les enfants, en pleine croissance, le bilan d’énergie doit être positif. 1) Besoins énergétiques : Lipides Glucides Protides Recommandations 30 à 35% de 50 à 60% de 12% de protides. actuelles de l’OMS, lipides. glucides la ration alimentaire Dont : dont : Apport optimal : doit contenir : -25% d’acides gras -75% de sucres -55g/jour pour la (AG) saturés. lents (absorption femme -50% d’AG mono- lente et absence -70g/jour pour insaturés. de goût sucré). l’homme. -25% d’AG poly- -25% de sucres insaturés. rapides (absorption Rmq : dans les pays rapide : pic de européens : ≈ 85g/j -(Anciennes => excès de protéines glycémie et goût dans nos régimes recommandations : 1/3 sucré). d’AG saturés, 1/3 d’AG alimentaires. mono-insaturés, 1/3 d’AG poly-insaturés). Apport minimal : 4% de l’apport 30% de l’apport 40g/j soit 0,57g/kg/j calorique total. calorique total. (30g/j pour des protéines animales, 50g/j pour des végétales). Pourquoi ? Les AG essentiels Car si les apports -C’est la seule ne sont pas sont insuffisants, il source d’azote pour synthétisés par le y augmentation du l’homme. corps et sont les catabolisme -Nécessité vecteurs des protéique + d’apporter des vitamines acidocétose par acides aminés liposolubles… accumulation de essentiels. corps cétoniques. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 130
- 131. 2) Besoins non-énergétiques. a) O2 : On consomme 600L d’ O2 par jour pour le métabolisme oxydatif. b) Eau : Apport minimal : 0,5L/jour. c) Sels minéraux : Na, K, Ca, Mg, Cl. d) Oligo-éléments (sels minéraux rares) : Mn, Zn, I, Cu… e) Vitamines : -liposolubles : A, D, E, K. -hydrosolubles : B1, B2, B6, B12, C, PP(B3), acide folique (B9), acide pantothénique. Cf tableau du polycopié du Pr. Tack. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 131
- 132. Fiche 8 : Gestion des stocks énergétiques 1) Régulation des stocks énergétiques : -Comme dit précédemment, le stockage énergétique est surtout réalisé au niveau de la graisse : adipocytes blancs. -Ils varient beaucoup. Il y a 2 facteurs : -génétique (cas des enfants adoptés et des jumeaux). -environnemental (qualité des aliments, dimension socio-culturelle…). a) Notion de set-point énergétique : Le stock adipeux optimal est déterminé génétiquement pour chacun d’entre nous. Il existe donc un « point de consigne » = « set point » autour duquel s’organisent les systèmes de régulation. b) Signal afférent : -Signal de satiété (quantité et qualité des nutriments). -Signal afférent de la gestion du stock adipeux par la leptine (produite par le stock adipeux). c) Signaux intégrés dans un centre de contrôle : -Au niveau de l’hypothalamus : il possède des récepteurs pour la leptine et les hormones de la satiété. -Il envoie des efférences : -qui régulent la sécrétion du NeuroPeptide Y (NPY) qui est orexigène. -vers le système ortho-sympathique qui augmente les dépenses énergétiques. d) En résumé : -Si le nombre d’adipocytes augmente. -La sécrétion de leptine augmente. -Les récepteurs de la leptine au niveau du cerveau sont stimulés. -Des efférences sont envoyées et vont inhiber l’action du NPY et diminuer l’appétit et la prise alimentaire ainsi que des efférences qui vont augmenter l’activité ortho- sympathique : augmentation du métabolisme basal, augmentation de l’activité physique, augmentation de la thermogenèse et adaptation de la sérétion de certaines hormones : diminution de la sécrétion d’insuline et de cortisol, augmentation de celle de GH. -Il y a donc augmentation des dépenses et diminution de la masse du tissu adipeux. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 132
- 133. 2) Exemple d’anomaliedu métabolisme énergétique: l’obésité. a) Définition : C’est un stockage énergétique adipeux responsable d’une augmentation de la morbidité. b) Relation poids/taille : L’IMC : l’indice de masse corporelle (= BMI). Homme Femme IMC= Poids Normale Entre 20 et 25 Entre 19 et 23 Taille2 Surpoids Entre 25 et 30 Entre 23 et 30 Obésité Supérieur à 30 Obésité morbide Supérieur à 40 c) Causes de l’obésité : Facteurs : -Génétiques -Socio-culturels -Problèmes de régulation : leptine pas suffisamment augmentée, déplacement du point de consigne… d) Que faire face à l’obésité ? -Diminuer les apports. -Augmenter les dépenses en faisant de la marche+++. -Traitements médicamenteux qui modifient l’appétit, qui modifient le métabolisme… Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 133
- 134. Fiche 9 : QCM corrigés et rédigés 1- Exemples de QCM-types sur le cours (métabolisme énergétique, adaptations de celui-ci, bilan énergétique, régulation des stocks…). QCM 1- A propos du métabolisme énergétique de l’Homme, il est exact que : (QCM 17 du concours 2001) : A- La transformation de l’énergie chimique en une autre forme d’énergie s’accompagne d’une production d’énergie thermique parce qu’il existe une équivalence entre matière et énergie. B- L’énergie thermique peut être temporairement stockée mais ne peut être transformée. C- Le rendement énergétique de l’utilisation des glucides dans le métabolisme oxydatif aérobie est supérieur à celui des protides parce que l’utilisation des protides est incomplète dans notre organisme. D- Le bilan énergétique (BE) ne peut être déterminé chez un sujet en croissance parce que les entrées (EE) et les sorties (SE) d’énergie ne sont pas équivalentes. E- Chez un sujet actif en milieu tempéré, la transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique fournit l’essentiel de l’énergie thermique nécessaire au maintien de l’homéothermie. QCM 2 : A propos du métabolisme énergétique de l’Homme, il est exact que : (QCM 17 du concours 2002) A) L’exposition au froid provoque une vasoconstriction cutanée responsable d’une diminution de la température de surface cutanée et donc d’une diminution de la dispersion thermique par convection et radiation. B) Dans la cellule, le rendement énergétique de la glycolyse (énergie chimique stockée sous forme d’ATP, adénosine triphosphate) est de 40 % en aérobiose et seulement 8 % en anaérobiose. C) Le quotient respiratoire des glucides est plus élevé que celui des protéines parce que l’oxydation des glucides nécessite moins d’oxygène exogène car ils comportent plus d’atomes d’oxygène que les protéines par unité de masse. D) Les glucides et les protides sont des nutriments dont l’énergie chimique peut être stockée sous forme de glycogène. Toutefois, le coût énergétique de ce stockage est 1,5 fois plus élevé pour les protéines que pour les glucides. E) L’oxydation complète de 1 gramme de protéines dans une bombe calorimétrique possède un rendement énergétique identique à l’oxydation de 1 gramme de glucides et inférieur à l’oxydation de 1 gramme de lipides. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 134
- 135. QCM 3 :A propos de l’adaptation du métabolisme énergétique au jeûne et à l’effort physique, il est exact que : (QCM 20 du concours 2002) A- Les glycolyses hépatique et musculaire représentent les principales sources d’apport énergétique pour le cerveau pendant les 12 premières heures de jeûne. B- L’excrétion urinaire d’urée augmente progressivement dès le 1er jour du jeûne, atteint sa valeur maximale vers le 3ème jour et demeure stable jusqu’au 90ème jour. C- Un enfant de 5 ans examiné au cours d’une mission humanitaire présente un retard de croissance important, des oedèmes généralisés et une hypo-albuminémie. L’enquête alimentaire montre un apport calorique à la limite inférieure de la normale pour l’âge, essentiellement à base de manioc. Ce tableau fait évoquer en priorité un marasme. D- Chez un athlète de haut niveau, le facteur limitant du rendement énergétique au cours d’une course de 100 mètres est le stock d’ATP et de créatine phosphate. E- Un marathonien (distance parcourue de 42 km) décide d’accélérer le rythme de sa course au maximum de sa capacité physique environ 1 minute avant l’arrivée. Dans cette circonstance, le principal facteur limitant de son effort musculaire est la valeur maximale de consommation d’oxygène (VO2max). QCM 4 : A propos du bilan énergétique de l’Homme, il est exact que : (QCM 19 du concours 2001) A- La calorimétrie directe globale permet de mesurer avec précision les sorties d’énergie d’un sujet sain mais ne peut être utilisée que s’il n’est pas au repos strict. B- Chez un sujet diabétique déséquilibré (hyperglycémique), un bilan énergétique établi par la seule thermochimie alimentaire sera difficile à interpréter parce qu’il existe une perte non quantifiée d’énergie chimique non transformée. C- Chez un nourrisson de 4 kg qui reçoit un apport alimentaire calculé pour permettre un bilan énergétique positif théorique de 360 kJ par jour, l’absence de prise de poids doit faire rechercher une carence en vitamine hydrosolubles. D- Une enquête alimentaire réalisée sur une durée de 7 jours retrouve un apporté énergétique quotidien de 14 000 kJ associé à une prise de poids de 1,4 kg durant cette période. En se basant sur la valeur énergétique moyenne du tissu humain vivant, cela correspond à un bilan énergétique (BE) positif d’environ 1800 kJ par jour. E- Une enquête alimentaire réalisée sur 2 jours chez une femme adulte jeune ayant une activité physique modérée met en évidence un apport énergétique quotidien de 11 000 kJ associé à une prise de poids de 1,5 kg durant cette période. Elle est due à une variation des volumes liquidiens de l’organisme plutôt qu’à un stockage d’énergie chimique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 135
- 136. QCM 5 :Concernant le jeûne et les malnutritions, il est exact que : (QCM 18 du concours 2004) A- Chez un homme dont l’indice de masse corporelle (BMI) était initialement de 17,5 et qui jeûne depuis un mois, l’augmentation récente de l’excrétion urinaire d’urée indique une majoration du catabolisme énergétique des protéines en réponse à l’épuisement des stocks énergétiques de glucides. B- Chez un enfant qui se nourrit exclusivement de manioc, la survenue d’un retard de croissance, d’oedèmes généralisés et d’un retard de cicatrisation des blessures cutanées doit faire évoquer un tableau de dénutrition de type Kwashiorkor. C- Chez un sujet alcoolique, l’apparition d ‘une insuffisance cardiaque, d’une neuropathie centrale et périphérique et d’oedèmes généralisés doit faire évoquer une carence en vitamine B1 (thiamine) ou Béri-Béri. D- Chez un sujet à jeun depuis 4 heures et qui effectue un footing de 10 minutes, la glycémie demeure stable principalement grâce à la mis en jeu de la glycogénolyse hépatique. E- Chez un sujet au repos qui jeûne depuis 7 jours, le fonctionnement énergétique du système nerveux central repose uniquement sur la néoglucogenèse hépatique parce que les stocks de glycogène de l’organisme sont épuisés. QCM 6 : Concernant les échanges et transformations d’énergie, il est exact que : (QCM 17 du concours 2004) A- L’énergie libérée par la combustion totale de 100 g de lipides ans une bombe calorimétrique est supérieure à celle produite par le métabolisme oxydatif de la même quantité de lipides dans l’organisme. B- Au cours d’une exposition au froid, l’activité musculaire organisée peut permettre d’éviter le phénomène des frissons parce qu’au moins 75 % de l’énergie consommée est transformée en énergie thermique qui pourra servir à la thermogenèse. C- La puissance anaérobie maximale d’un sujet adulte sain est supérieure à sa puissance aérobie maximale (qui correspond au débit d’énergie à la VO2max). D- Chez une femme dont le métabolisme basal est de 40 W/m², la mesure des dépenses énergétiques de fond pendant le sommeil fournit une valeur moyenne de 36 W/m² seulement. E- Chez un nourrisson fébrile (39°C) placé dans un milieu à 38°C, la diminution de thermogenèse est plus importante dans un milieu liquide que dans l’air ambiant. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 136
- 137. 2- Exemples deQCM-types sur des cas cliniques et enquêtes alimentaires. QCM 7 : Une enquête alimentaire effectuée chez une femme adulte jeune obèse ayant une faible activité physique (besoin énergétique quotidien estimé à 11 000 kJ) met en évidence un apport énergétique quotidien moyen de 15 000 kJ composé par 1) 160 g de lipides dont 60 % d’acides gras insaturés, 20 % d’acides gras mono-insaturés et 20 % d’acides gras poly-insaturés ; 2) 70 g de protéines et ; 3) 455 g de glucides dont 75 % de sucres rapides et 25 % de sucres lents. Chez cette patiente, il est exact que : (QCM 18 du concours 2001) A- La ration alimentaire comporte un excès d’apport énergétique en lipides et un défaut relatif d’apport énergétique en protides. B- L’apport lipidique, bien que quantitativement excessif, est qualitativement équilibré. C- L’apport protidique actuel étant principalement réalisé à base de protéines d’origine végétale, il ne permet pas de couvrir les besoins azotés spécifiques de cette patiente. D- Si une modification quantitative de l’apport glucidique est envisagée, elle devra idéalement respecter les proportions actuelles entre sucres rapides et sucres lents. E- Si l’on réduit son apport énergétique quotidien à 11 000 kJ, il faudra également diminuer son apport glucidique quotidien en valeur absolue. QCM 8 : Une jeune fille de 20 ans mesure 1,61 m et pèse 39 kg. En plus de son activité normale d’étudiante, elle pratique 1 heure de footing chaque jour. Depuis 3 mois, elle a perdu 6 kg (sans variation notable de l’état d’hydratation). Elle conserve un bon appétit, n’a pas de diarrhée mais vomit 2 à 3 fois par jour. En se basant sur ses activités quotidiennes, sa ration alimentaire d’entretien est estimée à 14 000 kJ/jour. Une enquête de thermochimie alimentaire sur 15 jours conclut à un apport énergétique quotidien stable de 15 000 kJ. Dans le cas présent, il est exact que : (QCM 19 du concours 2003) A- Le calcul de l’index de masse corporelle (BMI) fournit une valeur d’environ 15 qui indique que cette jeune fille est en sous-poids. B- La thermochimie respiratoire est le meilleur moyen de rechercher une anomalie de son métabolisme basal. C- L’enquête de thermochimie alimentaire ne peut pas être utilisée pour le calcul du bilan d’énergie parce qu’elle ne remplit pas tous les critères de fiabilité requis. D- L’amaigrissement de la patiente résulte essentiellement d’un excès d’activité physique. E- Le bilan énergétique quotidien est négatif d’environ 600 kJ alors qu’il est théoriquement positif de 1000 kJ. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 137
- 138. Corrections : QCM 1: A- FAUX=> Indépendamment, les deux parties de la phrase sont justes. Cependant, le lien établi entre les deux, n’a pas lieu d’être : aucune causalité. B- VRAI. C- FAUX=> Ils sont égaux. (De plus, si l’utilisation des protides dans notre organisme était complète, alors le rendement énergétique de l’utilisation des protides serait supérieur à celui des glucides (cas de la bombe calorimétrique). D- FAUX=> On peut tout de même calculer BE qui sera dans ce cas positif. E- VRAI. QCM 2 : A- VRAI. B- FAUX=> Le rendement énergétique de la glycolyse anaérobie est de 6%. C- VRAI=> Plus un nutriment comporte d’atomes d’oxygène par unité de masse, moins son oxydation nécessite d’oxygène exogène, plus son quotient respiratoire est élevé. D- FAUX=> -Glucose glycogène : 7% de la valeur énergétique initiale. (Stockage direct) -Protéines glycogène : 23% de la valeur énergétique initiale. (Stockage indirect) => 23/7 > 3 E- FAUX=> L’oxydation complète de 1g de protéine dans une bombe calorimétrique possède un rendement énergétique supérieur à l’oxydation de 1g de glucides du fait de la dégradation de l’urée. QCM 3 : A- FAUX=> La glycolyse musculaire n’intervient pas. En effet, le muscle ne possède pas la glucose-6-phosphatase. B- FAUX=> Après une petite hausse dans les trois premiers jours suivie d’une normalisation, l’excrétion d’urée augmente brutalement à partir du 60ème jour ce qui signe un catabolisme protéique important. C- FAUX=> Kwashiorkor. D- VRAI=> Effort bref et violent qui dure moins de 15 secondes. E- FAUX=> L’accélération du rythme provoque la mise en jeu de la glycolyse anaérobie qui entraîne la production d’acide lactique. La VO2max, comme son nom l’indique est associée au métabolisme aérobie alors qu’une telle accélération sollicite le métabolisme anaérobie. QCM 4 : A- FAUX=> Cette méthode de mesure des sorties d’énergie peut être utilisée en activité comme au repos. B- VRAI=> BE=EE-SE Incertitude sur SE=> Incertitude sur BE C- FAUX=> Rien à voir. D- VRAI=> Une prise de poids d’1kg représente un bilan énergétique positif de 9000 kJ. 1,4 × 9000 Donc, = 1800kJ 7 E- VRAI. Car période très courte, trop courte pour une prise de poids d’origine consécutive à un stockage énergétique. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 138
- 139. QCM 5 : A- FAUX=> Epuisement des stocks de lipides. B- VRAI. C- VRAI. D- VRAI. E- FAUX=> Le cerveau utilise alors essentiellement les corps cétoniques. QCM 6 : A- FAUX=> C’est égal. B- VRAI. C- VRAI. D- VRAI=> Sommeil=> pas de tonus musculaire => métabolisme basal abaissé de 10%. E- FAUX=> Ce n’est pas une baisse de la thermogenèse mais une augmentation de la thermolyse. QCM 7 : 15000 × 0,3 A- Lipides : = 118 g < 160 g 38 15000 × 0,12 Protides : ≈ 106 g > 70 g 17 D’après l’OMS, l’apport optimal en protides est de 55g/jour pour une femme => on pourrait penser que l’apport protéique pour cette femme (70g/jour) est suffisant. Il n’en est rien. En effet, le calcul met en évidence un défaut relatif d’apport énergétique en protides. B- FAUX=> 25% d’acides gras (AG) saturés, 50% d’AG mono-insaturés, 25% d’AG poly- insaturés. C- FAUX=> Apports supérieurs à l’apport minimal moyen (50g si protéines végétales) (recommandation de l’OMS) donc suffisant pour couvrir les besoins azotés spécifiques. D- FAUX=>75% de sucres lents, 25% de sucres rapides. 11000 × 0,6 E- VRAI=> ≈ 388 g . Elle devra donc diminuer son apport glucidique. 17 QCM 8 : 39 A- VRAI=> = 15 < 18,5 . 1,61² B- VRAI. C- VRAI=> Vomissements. D- FAUX=> Vomissements. E- VRAI=> 15000-14000=+1000kJ en théorie Sachant que 1Kg correspond à 9000kJ, la perte de 6kg en 3 mois correspond à -2kg en 1 mois soit -18000kJ en 1 mois soit -600kJ/jour. Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 139
- 140. COUPONS D’ERREURS A remplir et à déposer en salle de permanence en cas d’erreurs trouvées dans ce polycopié. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- POLYCOPIÉ :………………………………………………… PAGE N° :…………………… QCM N° :…………… □ ITEM :………….. ou □ ÉNONCÉ Erreur : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Nom – Prénom et N° de Tél ou E-mail : ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- POLYCOPIÉ :………………………………………………… PAGE N° :…………………… QCM N° :…………… □ ITEM :………….. ou □ ÉNONCÉ Erreur : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Nom – Prénom et N° de Tél ou E-mail : ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- POLYCOPIÉ :………………………………………………… PAGE N° :…………………… QCM N° :…………… □ ITEM :………….. ou □ ÉNONCÉ Erreur : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Nom – Prénom et N° de Tél ou E-mail : ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 140
- 141. Tous droits réservésau Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 141
- 142. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- POLYCOPIÉ :………………………………………………… PAGE N° :…………………… QCM N° :…………… □ ITEM :………….. ou □ ÉNONCÉ Erreur : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Nom – Prénom et N° de Tél ou E-mail : ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- POLYCOPIÉ :………………………………………………… PAGE N° :…………………… QCM N° :…………… □ ITEM :………….. ou □ ÉNONCÉ Erreur : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Nom – Prénom et N° de Tél ou E-mail : ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- POLYCOPIÉ :………………………………………………… PAGE N° :…………………… QCM N° :…………… □ ITEM :………….. ou □ ÉNONCÉ Erreur : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Nom – Prénom et N° de Tél ou E-mail : ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites 142