COURS IFSI

Cours ifsi - Biologie fondamentale - l'homeostasie

La biologie fondamentale (UE 2.1 S1) est un enseignement dense mais néanmoins indispensable aux étudiants en soins infirmiers. Ce cours est le dernier de cette longue série dédiée à la biologie fondamentale.

85. Généralités – Définition

Chez les organismes pluricellulaires, les cellules baignent dans un environnement liquide, s'interposant entre le milieu extérieur proprement dit et le milieu intra-cellulaire.

La stabilité du milieu intérieur est une condition essentielle à la Vie, grâce à :

  • équilibre hydrique ;
  • équilibre électrolytique ;
  • équilibre acido-basique.

L'homéostasie est donc un processus physiologique maintenant constant l'équilibre de son milieu intérieur, malgré les variations du milieu extérieur, permettant ainsi le fonctionnement de l'organisme.

Osmoles : molécules osmotiquement actives dans une solution, c'est à dire, qu'elles exercent un pouvoir d'attraction des molécules d'eau (pression osmotique).

Osmolarité plasmatique : quantité d'osmoles par litre de plasma (mOsm/L).

Osmolalité plasmatique : quantité d'osmoles par litre d'eau plasmatique (mOsm/kg) = 290 mOsm/kg.

86. L'eau

86.1. Répartition

L'eau représente  environ 60% du poids corporel. Elle se  répartit en 2 compartiments :

  • Compartiment intra-cellulaire : soit environ 40% du poids du corps
  • Compartiment extra-cellulaire : soit environ 20% du poids du corps, il comprend :
    • un secteur plasmatique " 5% : il correspond à l'eau contenue à l'intérieur des vaisseaux (volémie). Il est directement soumis à l'action mécanique du cœur. Il est riche en sodium et protéines ;
    • un secteur interstitiel " 15% : l'eau se trouve au contact des membranes cellulaires et est séparée de l'eau plasmatique par un endothélium. Il est pauvre en protéines.

On peut en rajouter un, le compartiment trans-cellulaire " 1,5% (transport actif de liquide extra-cellulaire séparée de l'eau plasmatique par un épithélium : sécrétions du tube digestif et de ses annexes, lymphe, LCR).

Il peut constituer un "troisième secteur" en cas de pathologies telles que l' ascite (insuffisance hépatique, occlusion intestinale, péritonite, pancréatite), pleurésie...

Le sodium et l'osmolalité sont des marqueurs de l'hydratation cellulaire alors que les protéines totales permettent d'apprécier l'hydratation extracellulaire.

Le cerveau, les muscles, le sang, la peau sont des tissus riches en eau.

86.2. Les mouvements de l'eau

L'eau diffuse librement entre les compartiments extra- et intra-cellulaires selon la loi de l'osmose = transfert passif du compartiment à faible concentration d'osmoles vers celui à forte concentration d'osmoles.

La pression osmotique est principalement assurée :

  • par le potassium (K+) en intra-cellulaire ;
  • par le sodium (Na+) en extra-cellulaire.

Dans des conditions physiologiques, l'osmolalité des liquides extra-cellulaires est égale à l'osmolalité des liquides intra-cellulaires.

Toute modification de l'osmolalité extra-cellulaire va entraîner des mouvements d'eau pour rétablir l'équilibre :

  • hors des cellules quand l'Osm plasm augmente = déshydratation intra-cellulaire
  • vers les cellules quand l'Osm plasm diminue= hyperhydratation intra-cellulaire

86.3. Bilan des entrées et sorties

Entrées :

  • boissons et alimentation = 2000 ml / 24h ;
  • eau endogène issue de l'oxydation des glucides/lipides/protides = 300 ml / 24h.

Sorties :

  • digestive (fécès), pulmonaire (vapeur d'eau expirée), cutanée (perspiration, sudation) ;
  • rénale (diurèse) : ajustable (phénomène de concentration ou dilution des urines), de façon à obtenir un bilan hydrique nul, assurant une osmolalité plasmatique constante.

86.4. Régulation des entrées et des sorties

Au niveau des entrées, la régulation se fait par le mécanisme de la soif grâce à des récepteurs sensibles à une augmentation de l'osmolalité plasmatique au niveau de l'hypothalamus.

Au niveau des sorties, la régulation se fait par l'hormone anti-diurétique (ou vasopressine). Elle est produite par l'hypothalamus et sécrétée par la post-hypophyse, en réponse à une augmentation de l'osmolalité plasmatique (mise en jeu d'osmorécepteurs hypothalamiques) ou à une diminution du volume plasmatique (mise en jeu de volorécepteurs de l'oreillette gauche).

En présence d'ADH --> réabsorption de l'eau et concentration des urines.

En absence d'ADH --> excrétion d'eau et dilution des urines.

87. Le sodium

87.1. Généralités

Le sodium est le principal cation du compartiment extra-cellulaire.

Sa concentration plasmatique (natrémie) est de 140 ± 5 mmol/L.

Le Na+ est important dans le maintien de l'osmolalité plasmatique, il influe sur les phénomènes de contraction-inflation du volume cellulaire.

En cas d'hyponatrémie, il y a hypo-osmolalité plasmatique d'où diffusion de l'eau vers le secteur interstitiel en créant des œdèmes des tissus, mais aussi vers le secteur intra-cellulaire en créant un œdème cérébral.

87.2. Bilan des entrées et sorties

Entrées :

  • boissons et alimentation : variable selon les habitudes alimentaires

Sorties :

  • digestive (fécès), cutanée (sudation)
  • rénale (natriurèse) : adaptable via l'excrétion de Na+ dans les urines de façon à obtenir un bilan sodé nul, assurant une osmolalité plasmatique constante.

87.3. Régulation des entrées et des sorties

Il n'y a pas de régulation des entrées de Na+ chez l'homme.

Au niveau des sorties, 2 facteurs hormonaux règlent la natriurèse :

  • En la diminuant quand il y a hyponatrémie: l'aldostérone, c'est une hormone minéralocorticoïde sécrétée par la corticosurrénale qui agit au niveau du rein en favorisant la réabsorption du Na+ vers le plasma (couplée à une sécrétion de K+ dans les urines) ;
  • En l'augmentant quand il y a hypernatrémie : le facteur natriurétique auriculaire (FNA), c'est une hormone sécrétée par le cerveau et l'oreillette gauche qui inhibe la sécrétion d'aldostérone et augmente le débit de filtration glomérulaire (et donc de la perte en Na+).

87.4. Dysnatrémie

Hypernatrémie : Na+ > 145 mmol/l.

La clinique est caractérisée par des signes de déshydradation intra-cellulaire : soif, fièvre, perte de poids, sécheresse de la peau et des muqueuses, troubles de la conscience, coma, convulsions.

Ces signes peuvent être associées à des signes de déshydradation extra-cellulaire) : tachycardie, hypotension, veines plates, oligurie, pli cutané.

Hyponatrémie : Na+ < 135 mmol/l

La clinique est caractérisée par des signes d'hyperhydratation intra-cellulaire : nausées, vomissement, dégoût de l'eau, prise de poids, fièvre, troubles de la conscience, coma, convulsions (œdème cérébral).

88. Le potassium

88.1. Généralités

Le potassium est un cation intracellulaire majoritaire qui est déterminant du pouvoir osmotique intra-cellulaire et donc du volume intra-cellulaire.

Il se répartit pour :

  • 98 % intracellulaire ® Kalicytie = 100 - 150 mmol/l (muscle +++, foie, hématies)
  • 2% extra-cellulaire : liquides interstitiels et plasma ® Kaliémie = 3,5 - 5 mmol/l

(A noter que lors d'un prélèvement sanguin, il ne faut pas agiter les tubes de manière brutale, ni faire de stase veineuse importante avec le garrot, cela risquerait de fausser les résultats).

88.2. Dyskaliémie

Hyperkaliémie K+ > 5,5 mmol/l, risque d'arrêt cardiorespiratoire

Il a rarement des signes cliniques comme des paresthésies.

Le plus souvent elle est découverte lors d'un bilan sanguin. C'est une urgence thérapeutique.

Hypokaliémie K+ < 3,5 mmol/l, risque d'arrêt cardiorespiratoire

Il a rarement des signes cliniques comme  constipation, parésie voire paralysie.

Le plus souvent elle est découverte lors d'un bilan sanguin.

C'est une urgence thérapeutique.

89. Le pH = potentiel Hydrogène

89.1. Généralités

Le pH exprime la concentration en ion H+ (pH = -log [H+])

  • l'eau pure a un pH neutre = 7 ;
  • un acide est une molécule qui donne des ions H+ : le pH varie de 1 à  7 ;
  • une base est une molécule qui accepte des ions H+ : le pH varie de 7 à 14.

L'alimentation (et principalement les protéines comportant des acides aminés soufrés AA-S) et le fonctionnement cellulaire (production de CO2) aboutissent à une production nette d'acides sous forme d'H+.

Pourtant, pour un sujet normal, le pH artériel est maintenu dans d'étroites limites :
7,40 ± 0,02.

89.2. Régulation

Dans des conditions normales, le maintien du pH est assuré par :

  • l'élimination des H+ --> rôle du rein ;
  • l'élimination du CO2     --> rôle du poumon (ventilation alvéolaire).

Dans certaines situations anormales, le Ph peut varier :

  • pH < 7,35  Par augmentation de [H+] =  acidose métabolique ou par augmentation de [CO2] =  acidose respiratoire (ou ventilatoire) ;
  • (pH > 7,45  Par augmentation de [HCO3-] =  alcalose métabolique ou par diminution de [CO2]  =  alcalose respiratoire (ou ventilatoire).

89.3. Quelques définitions :

Acidémie : augmentation de la concentration d'ions H dans le sang.

Alcalémie : diminution de la concentration d'ions H+ dans le sang.

Acidose : processus qui tend à produire une acidémie.

Alcalose : processus qui tend à produire une alcalémie.

89.4. Etiologies

Acidose métabolique :

  • Gain d'acides (H+) : acido-cétose diabétique, insuffisance rénale, acidose lactique (états de choc), intoxication alcoolique grave ;
  • Perte de bases (HCO3-) : diarrhée profuse, perfusion importante de sérum physiologique (dilution).

Acidose respiratoire : toutes les causes d'hypoventilation alvéolaire.

Alcalose métabolique (rare) : perfusion excessive de bicarbonates, alcalose de contraction (par déshydratation extra-cellulaire).

Alcalose respiratoire : toutes les causes d'hyperventilation alvéolaire.

Dans ces situations pathologiques, vont intervenir plusieurs systèmes de contrôle de façon à limiter les variations de pH sanguin (et cellulaire) :

  • le rein ;
  • le poumon ;
  • les systèmes tampons, en attendant l'efficacité maximale des deux premiers. Un système tampon est un système de neutralisation des ions H+ en cas d'excès ou de production d'ions H+ en cas de déficit, et dont le but est de maintenir le pH dans des valeurs normales (7,4).

Il existe différents systèmes tampons :

  • osseux ( carbonates et phosphates de calcium)
  • Intra-cellulaires :
    • protéines (en particulier l'hémoglobine dans les hématies) ;
    • phosphates.
  • Extra-cellulaires :
    • protéines (en particulier l'albumine dans le sang) ;
    • bicarbonates.

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