Pr

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  TRANSFERTS PASSIFS À TRAVERS UNE MEMBRANE
Pr E. Garin, PU-PH, Biophysique/Service de
médecine nucléaire Université Rennes 1/Centre
Eugène Marquis
2
PLAN du COURS

• Les différents types de transferts
  trans-membranaires
• 1. 1. Diffusion
• 1. 2. Convection
• 1.3. Migration électrique
• 2. Diffusion et convection simultanées du solvant
  à travers une membrane
• 2. 1. Pression osmotique
• 2. 2. Cryoscopie
• 2. 2. Ultrafiltration
• 3. Diffusion et migration électriques simultanées
  des ions à travers une membrane
• 3. 1. Potentiel déquilibre dun ion
• 3. 2. Courant transporté par un ion
• 3. 3. Effet Donnan

3
INTRODUCTION

• Les molécules en solution ne sont pas immobiles
  mais se déplacent du fait de lagitation
  thermique et du fait déventuels phénomènes
  physiques
• Différence de concentration
• Différence de pression hydrostatique
• Différence de potentiel électrique
• ? intéressent les molécules de solvant et les
  solutés dilués dans le solvant
• Définitions
• Diffusion mouvement lié à une différence de
  concentration
• Convection mvt lié à une différence de pression
  hydrostatique
• Migration mvt lié à une différence de potentiel
  électrique

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• Les différents transferts transmembranaires
• Définition
• Une membrane désigne toute interface entre 2
  compartiments liquidiens
• Exemple
• - Membrane cellulaire, (séparation compartiment
  cellulaire/compartiment interstitiel)
• - Paroi capillaire, ( séparation compartiment
  vasculaire/compartiment interstitiel)
• Pour quil y ait un transfert, il faut que la
  membrane ne soit pas totalement
• imperméable à la molécule considérée. Par
  convention on appelle pore un passage
• possible dune molécule à travers une membrane
• Le transfert peut être actif (lénergie est
  fournie par la membrane, ex enzyme) ou
• passif (lénergie est fournie par un phénomène
  extérieur)
• Exclusivement létude des phénomènes passifs
  diffusion, convection et migration
• Membrane hémiperméable ne laisse passer que
  leau

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Notations On appelle  J  le transfert
molaire du soluté considéré, J correspond au
nombre de moles traversant une membrane de
surface S dans un temps dt Pour le solvant, on
mesure le débit volumique Q, qui sera pris en
première approximation au débit volumique de la
solution (on néglige le volume de soluté) La
porosité  k  de la membrane désigne le rapport
de laire totale des pores sur laire totale de
la membrane Le coefficient de réflexion s du
soluté sur la membrane désigne le rapport de
laire des pores imperméables au soluté considéré
sur laire total des pores. Laire totale S des
pores perméable est donc S (1-s).k.S
où S aire totale de la mb
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• 1.1. Transfert diffusif (D concentration)
• 1. 1. 1. Transfert diffusif dun soluté au
  travers dune membrane
• Le débit molaire diffusif du soluté Jd est donné
  par la loi de Fick
• Jd -D S dc/dx Jd sexprime en mole/s
• Où D coefficient de diffusion du soluté
  considéré dans la solution (m2/s)
• D RTb où R cste gaz parfait (8,31 JK-1
  mole-1), T K, b mobilité mécanique
  molaire (s/kg) , b 1/ (N 6 p h r )
• avec N nb dAvogadro (6,023 1023)
• h viscosité du milieu (Pa s) r
  rayon de la molécule (m)
• D kT/6 p h r car kR/N
  cste de Boltzmann (1,38 10-23 J)
• et  6 p h r  représente le coefficient
  de frottement du soluté
• D kT/ 3 M pour un soluté de forme
  quelconque (M masse molaire)
• S aire des pores perméables au soluté (m2)

Gradient de concentration (soluté)
Jd
C1
C2
C1gtC2
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• Jd -Dm S dc/dx
• Où Dm (1-s) k D
• et Dm coefficient de diffusion du
• soluté dans la membrane
• et S surface de la membrane
• La présence du signe  -  exprime le fait que le
  transfert diffusif se fait de
• lendroit le plus concentré vers le moins
  concentré, cest-à-dire en sens opposé
• au gradient de concentration qui est orienté vers
  la concentration maximum

Gradient de concentration (soluté)
Jd
C1
C2
C1gtC2
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• La perméabilité diffusive P est souvent utilisée
  en biologie
• P Dm/L, où L représente lépaisseur de la
  membrane
• P est exprimée en m/s (ou cm/mn)
• ? Jd - PLS dc/dx
• En labsence daccumulation du soluté dans la
  membrane, le gradient dc/dx est
• uniforme et égal à Dc/L
• Léquation de Fick sécrit alors Jd P S Dc
• Où le signe  -  a été volontairement supprimé
  car Dc est généralement pris en
• valeur absolu il suffit de se rappeler que le
  transfert diffusif se fait toujours du
• milieu où la concentration du soluté est la plus
  grande vers le milieu où la
• concentration est la plus faible

? Un soluté donné va toujours vers le
compartiment où il est le moins concentré
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Gradien de concentration (soluté)
1. 1. 2. Diffusion du solvant osmose Il
sagit de la même loi de diffusion que pour le
soluté Le transfert molaire du solvant (eau)
est Jd n mole/s Le débit volumique Qd de leau
correspond au volume transféré par unité de
temps Le volume correspondant à n moles deau
n. Volume molaire de leau (VH2O) Comme Jd Dm
S dcoms/dx (la diffusion de leau est en
relation avec la concentration osmolaire globale
de la solution), on a Qd Dm S VH2O
dcoms/dx La diffusion de leau se fait de
lendroit où elle est la plus  concentrée 
(lieu ou la concentration molale de la solution
est la plus faible) vers lendroit où elle est la
moins concentrée (lieu ou la concentration molale
est la plus élevée) cest-à-dire dans le sens du
gradient de concentration de la solution
Qd
C1
C2
C1gtC2
gt Leau va toujours vers le compartiment le plus
concentré
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1. 2. Transfert convectif (D pression) 1. 2.
Transfert convectif de solvant filtration Le
transfert convectif transmembranaire est donné
par la relation suivante QF -bH2O VH2O S
dP/dx Où bH2O mobilité mécanique
molaire VH2O volume molaire de leau S
surface des pores perméables à leau cest-à-dire
laire de tous les pores gt S k S
(porosité k . Surface S de la mb) ? QF - k bH2O
VH2O S dP/dx La perméabilité hydraulique LH est
souvent utilisée LH k bH2O VH2O /L où L
épaisseur de la membrane (et LH en m2. s.
kg-1) gt QF LH S Dp Là encore le signe  - 
a été volontairement supprimé, il faut se
rappeler que le transfert par filtration se fait
toujours de la pression la plus forte vers la
plus faible
Grad p
Qf
Dp
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• 2. Transfert convectif de soluté solvent drag
• Le solvent drag désigne le transfert du soluté
  entraîné par le débit volumique Q.
• En présence dune membrane cela nest possible
  que sil y a des pores perméables au soluté
• Seule la fraction (1-s) Q du débit volumique
  participe à lentraînement du soluté (car le
  coefficient de réflexion s (aire pores
  imperméables au soluté /aire totale des pores)
  donc (1-s) est la fraction des pores perméables
  au soluté)
• Si on néglige le transfert diffusif, alors le
  débit molaire convectif Jc se calcule
• Jc (1-s) Q. cr
• Où cr correspond à la concentration du soluté
  dans
• le rétentat (compartiment duquel est soustrait le
• débit Q)

Rétentat Flitrat
Jc
Cr
Cf
Dp
12

• Le rapport T cf/cr
• Sappelle la transmittance membranaire du soluté.
• Comme le débit molaire Jc de soluté est aussi
  égal au nombre de moles Q. cf de
• soluté qui apparaît par unité de temps dans le
  filtrat on a (si on néglige le transfert diffusif
  du soluté)
• Jc (1-s) Q. cr Q. cf
• Doù T cf/cr (1-s)
• Une transmittance nulle signifie que la mb est
  imperméable au soluté (s 1)
• Une transmittance égale à 1 signifie que la mb ne
  fait pas de distinction entre le soluté et le
  solvant qui la traversent à la même vitesse (s
  0)

Jc
Cr
Cf
Dp
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• 3. Migration électrique à travers une membrane
• Ce transfert ne concerne que les ions
• Lexistence dune différence de potentiel
  électrique dv/dx entre les deux
• faces dune membrane entraîne un transfert
  électrique  Je  des
• ions
• Je -zF bmS. C dv/dx
• Où
• zvalence
• F le faraday, (charge électrique dune mole
  univalente 96500 C)
• bm mobilité mécanique molaire membranaire
• S surface de la membrane
• C concentration molale du soluté
•  Je  peut également sécrire de façon
  simplifiée

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2. Diffusion et convection simultanées du solvant
à travers une membrane
Situations où interviennent à la fois pour le
solvant (leau) - un transfert diffusif (ou
osmotique dans le cadre du solvant) , lié à une
différence dosmolalité - un transfert
convectif, lié à une différence de pression
hydrostatique Deux situations particulières -
celle où le transfert convectif tend à annuler un
transfert osmotique ? pression osmotique -
celle où un transfert diffusif parasite un
transfert convectif imposé par un gradient de
pression ? dultrafiltration
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2. 1. Pression osmotique (transfert convectif
tend à annuler un transfert osmotique)
Rappel sur les gaz parfaits n moles de gaz
parfait dans une enceinte close de volume
V placée dans le vide, exercent sur la paroi, du
fait de mouvements liés à lagitation thermique,
une pression P0 telle que P0 n R T/V où
n nb de moles R constante des gaz
parfaits, 8.31 J. osmol-1. K-1 T
température en kelvin, (0C 273K) V
volume de lenceinte (m3) P0 en Pascal
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Si la paroi de lenceinte imperméable au gaz
présente des trous par lesquels le gaz peut
séchapper Si on appelle s la fraction des
molécules qui rebondissent sur la paroi Alors
a) sn moles rebondissent sur la paroi en
exerçant une pression P snRT/V ? P s P0 P
est lt P0 à et tend à sannuler avec le temps b)
(1-s)n moles séchappent au travers des trous
sans exercer de pression
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Définition de la pression osmotique La diffusion
en phase liquide de molécules à lintérieur dun
volume de solvant (eau) dans lequel elle sont
dissoutes est analogue à la diffusion en phase
gazeuse telle que lon vient de le décrire pour
les gaz parfaits ? Les molécules de soluté
rebondissent sur la membrane et y exercent une
pression La pression osmotique fait intervenir
la nature plus ou moins perméable de la membrane
considérée
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Considérons une membrane perméable au solvant et
imperméable aux solutés (mb hémi-perméable)
séparant 2 compartiments, un contenant de leau
pure, et lautre un soluté en solution aqueuse
Leau passe librement à travers les pores et
nexerce pas de pression sur eux (membrane
perméable à leau) Le soluté va exercer une
pression sur la membrane qui va dépendre de la
perméabilité de la membrane à ce soluté, cette
pression est appelée pression osmotique ? La
pression osmotique dune solution est la pression
hydrostatique quil faudrait exercer sur la
solution pour empêcher le flux diffusif de
solvant ? Une solution présente une pression
osmotique dès lors quelle contient un soluté
pour lequel sa membrane est imperméable ou
partiellement imperméable
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• Si la membrane est complètement imperméable au
  soluté, celui-ci exerce une pression osmotique ps
  telle que
• ps ns RT/V
• on remarque que  ns /V  désigne la
  concentration osmolale  cs osm  du soluté
• ps cs osm RT (loi de Vant Hoff)
• concentration osmolale nb moles dunité
  cinétique/ kg (ou litre) de solvant
• concentration osmolaire nb moles dunité
  cinétique / litre de solution
• gt prise en compte de la dissociation dune
  molécule
• Pour un électrolyte fort (dissociation complète
  en  n  ions) cosmol n cmol
• Ex le NaCl en solution se dissocie totalement
  en Na et Cl-
• gtcosmol NaCl 2 cmol NaCl
• Pour un électrolyte faible (incomplètement
  dissocié en  n  ions)
• cosmol cmol (1 a(n-1)) où a
  coefficient de dissociation
• a nb moles dissociées/nb initial de moles

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• Si la membrane est totalement perméable au
  soluté, ps 0
• Si la membrane est partiellement perméable au
  soluté (ex pores de tailles différentes) une
  fraction s va rebondir sur les petits pores (et
  une fraction (1-s) va traverser les pores), la
  pression osmotique exercée sur les pores est
  alors
• ps snRT/V ps en pascal
• s est appelé coefficient de réflexion du soluté
  sur la membrane
• Ou encore ps scs osm RT

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Sil existe plusieurs solutés différents - la
pression osmotique p0 de la solution, si la
membrane est imperméable à tous les solutés est
égale à p0 (?ini) RT/V Et (?ini)/V
correspond à losmolalité totale cosm ?iciosm et
p0 (?ici osm) RT - la pression osmotique p
de la solution, si la membrane est partiellement
perméable à tous les solutés est égale à p
(?isini) RT/V ou p (?isiciosm) RT
NB la loi de Vant Hoff (p0 (?ici osm) RT)
nest valable que si les molécules de soluté sont
totalement indépendantes les unes des autres,
cest à dire pour les solutions diluées, ce qui
est considéré comme étant le cas pour les
solutions biologiques Dans ces conditions les
concentrations molales (/litre de solvant) et
molaire (/litre de solution) peuvent être
confondues
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Signification de la pression osmotique Soit 2
compartiments séparés par une membrane perméable
à leau mais imperméable à tous les solutés (mb
hémiperméable) Cpt 1 gt soluté 1, c osmol 1
et exerçant une pression p1 RT c osmol 1 Cpt
2 gt soluté 2, c osmol 2 et p2 RT c
osmol 2 Avec c osmol 1 gt c osmol 2 Il
existe un flux osmotique QD du solvant du Cpt 2
vers le Cpt 1 du fait du gradient
trans-membranaire dosmolalité
c1 gt c2
p1
p2
23

• 3 cas de figure peuvent se rencontrer
• 1er cas les volumes des compartiments peuvent
  varier sans
• modification de la pression hydrostatique
  (membrane pouvant
• se déplacer ou très déformable)
• leau va diffuser du compartiment 2 vers le
  compartiment 1
• jusquà lobtention dune égalisation des
  osmolalités
• À léquilibre les osmolalités et les volumes des
  Cpts ont varié,
• les osmolalités sont devenues égales, il nexiste
  plus de différence de pression
• osmotique, il nexiste pas de différence de
  pression hydrostatique

c1 gt c2
24

• 2ème cas
• Les volumes des compartiments ne peuvent pas
  varier
• Le flux osmotique QD de leau du Cpt 2 vers le
  Cpt 1 va entrainer lapparition dune différence
  de pression hydrostatique jusquà une valeur
  telle que la différence de pression hydrostatique
  DP entre les deux Cpts entraine un flux de
  filtration QF deau égal et opposé au flux
  osmotique QD de manière à annuler le flux
  volumique net
• A léquilibre, les volumes nont pas varié de
  même que losmolalité des solutions (vol constant
  et mb imperméable aux solutés), il est par contre
  apparu une différence de pression hydrostatique
  DP (pression plus élevée dans le compartiment 1)
  cette DP témoigne dune différence de pression
  osmotique Dp entre ces 2 compartiments et DP Dp
  Dcosm R T

c1 gt c2
25
2ème cas (suite) Dans le cas ou la solution
contient des solutés dont les coefficients de
réflexion membranaires s sont quelconques DP
Dp (?isiDci osm) RT Où  Dci osm
représente la différence des concentrations
osmolales des solutés  i  entre les deux
compartiments
26
3ème cas Les volumes peuvent varier mais avec
une différence de pression Le flux
osmotique QD entraine une variation de volume et
donc de hauteur des compartiments. La différence
de hauteur Dh est responsable dune différence
de pression hydrostatique rgDh Où r masse
volumique g accélération liée à la pesanteur
(g 10m/s2) Cette différence de pression peut
être mesurée en cm deau par la hauteur Dh
exprimée en centimètres si on néglige la
variation éventuelle de la masse spécifique en
rapport avec la présence de soluté
c1 gt c2
27
Mesure de la pression osmotique Le principe de
la mesure consiste à se mettre dans une
situation déquilibre où la pression osmotique
annule une pression hydrostatique mesurable au
manomètre osmomètre de Dutrochet En diffusant
dans losmomètre, leau va faire monter la
solution dune hauteur h. Cette montée de niveau
est responsable dune différence de pression
hydrostatique à lorigine dune filtration en
sens opposé. Léquilibre est atteint (h est alors
stabilisée) lorsque le flux de filtration annule
le flux osmotique. Le chiffre qui exprime en cm
la hauteur h correspond à la pression osmotique
en cm deau
28

• Effet de la pression osmotique
• Exemple 1 Hémolyse et perfusion de soluté
  hypo-osmolaire
• - Au niveau des cellules, la pression osmotique
  sur la membrane cellulaire est en
• rapport avec une différence dosmolalité entre le
  compartiment cellulaire et le milieu
• interstitiel. Dans le cas des globules rouges
  (GR) cette pression osmotique dépend de
• la différence dosmolalité entre les GR et le
  sang
• Dans lorganisme leau parvient toujours à se
  répartir dans les différents
• compartiments pour assurer légalité des
  osmolalités
• Le NaCl isotonique, soluté de remplissage
  courant, a la même osmolalité que les
• compartiments liquidiens de lorganisme (donc du
  compartiment cellulaire)
• La paroi des GR est imperméable au Na, si on
  perfuse du NaCl, le Cl- ne peut
• pas non plus rentrer à lintérieur des GR
  (respect de lélectroneutralité si du Cl- rentre
• sans Na gt apparition dune différence de
  potentiel gt migration électrique du Cl-
• en dehors du GR)

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• Osmolalité des GR 300 mOsmol/l
• - La perfusion dun soluté hypo-osmolaire
  entraîne un flux osmotique deau du sang
• vers le GR. Ce flux fait gonfler les GR, leur
  membrane étant très déformable.
• - Les GR deviennent des sphères (leur volume ne
  peut alors plus augmenter) pour du
• NaCl à 200 mOsmol/l.
• GR dans milieu
• isotonique
• Pour des solutions moins osmolaire, il apparaît
  une différence de pression hydrostatique
• (car le volume des GR ne peut plus augmenter)
  entraînant un flux de filtration du GR vers
• le sang jusquà lapparition dun équilibre
  (flux filtration flux osmolaire) cest-à-dire

GR dans milieu hypotonique spérocyte
30
Tableau hémolyse
31
Effet de la pression osmotique Exemple 2
protéines plasmatiques La paroi des capillaires
est imperméable aux protéines et il existe donc
une différence de concentration importante
(élevée) des protéines entre le plasma et
le milieu interstitiel ? importante pression
osmotique des capillaires Pression osmotique
liée aux protéines pression oncotique Cette
pression oncotique est responsable dun flux
osmotique (deau) du milieu interstitiel vers le
plasma qui est contre balancé (annulé) par le
surcroît de pression hydrostatique du
compartiment vasculaire (pression artérielle et
capillaire)
32
2. 2. Cryoscopie Lexpérience montre que
lintroduction dun soluté dans un solvant
abaisse la température du début de congélation.
Cet abaissement cryoscopique est proportionnel à
losmolalité de la solution Dqc Kc . Cosmol
loi de Raoult Dqc abaissement
cryoscopique en C Kc constante cryoscopique
du solvant, C . Kg . Osmole-1 Cosmol
concentration osmolale totale de la solution Dqc
qsolv qsolution où qsolv température de
congélation du solvant pur qsolution
température de congélation de la solution
Applications de la cryoscopie La cryoscopie
peut être utilisée pour - mesurer losmolalité
dune solution - déterminer le taux de
dissociation dun électrolyte
33
2. 3. Ultrafiltration Définition on appelle
ultrafiltration la filtration (DP) dune
solution à travers une membrane sélective Ex
filtration dune solution contenant des protéines
à travers une membrane dialysante (membrane
imperméable aux macromolécules et perméables aux
micromolécules) Le phénomène dultrafiltration
prend en compte - la filtration du solvant
liée à la DP - la diffusion du solvant liée à la
Dc
34

• Compréhension du phénomène
• Ex dune solution ne contenant quune
  macromolécule et une membrane dialysante
  imperméable à cette molécule
• Sous leffet de la pression hydrostatique
  apparaît un flux de filtration QF de leau
• au travers de la membrane (flux deau pure)
• Majoration de la différence de concentration de
  la molécule de part et dautre
• de la membrane
• Majoration du gradient dosomolalité responsable
  dun flux osmotique QD de leau en sens
  opposé au flux de filtration et parasitant ce
  flux de filtration QF
• Le flux net dultrafiltration QUF est égal à QF
  QD

35

• Quantification de lultrafiltration
• QUF QF QD
• En fait, QUF peut se calculer de la façon
  suivante
• QUF LH. S. (DP Dp)
• Où LH perméabilité hydraulique de la membrane
  (m2. s. kg-1)
• DP différence de pression hydrostatique de part
  et dautre de la membrane
• Dp différence de pression osmotique de part et
  dautre de la membrane
• S section de la membrane
• (DP Dp) sappelle pression efficace de
  filtration (Peff)

36

• Application de lultrafiltration phénomène de
  Starling, physiopathologie des
• oedèmes, filtration glomérulaire
• Phénomène de Starling
• Description
• Pour vivre la cellule a besoin de recevoir des
  substrats (glucose, etc) et déliminer
• les déchets de son catabolisme (urée, gaz
  carbonique). Ces substrats et déchets sont
• entraînés par un courant deau lavant en
  permanence les cellules
• Le phénomène de Starling décrit les échanges de
  solutés entre le compartiment
• plasmatique et le compartiment interstitiel à
  travers la paroi des vaisseaux capillaires
• - Le flux net dultrafiltration dépend du sens de
  la Peff avec
• Peff (Pcap P int) Dp
• On considère que la pression osmotique
  pression oncotique, par ailleurs le plasma
• est riche en protéines et le milieu interstitiel
  est pauvre en protéines
• - Lorsque lon se déplace dans le capillaire,
  Pcap diminue (perte de charge due à la

37

• Pcap entrée 32 mmHg
• Pcap sortie 12 mmHg
• pcste 28 mmHg
• A lentrée du capillaire la DP  Pcap - P int 
  est gt Dp, le sens de la Peff va du plasma vers la
  cellule
• ? Le flux net deau et de soluté se fait du
  plasma vers la cellule
• A la sortie du capillaire, la DP  Pcap - P int 
  est lt Dp, le sens de la Peff est inversé
• ? Le flux net deau et de soluté se fait de la
  cellule vers le plasma

38
Physiopathologie des oedèmes Œdème augmentation
de volume du secteur interstitiel (cliniquement
gonflement indolore gardant quelques temps
lempreinte du doigt) Œdème surcharge
hydro-sodée Selon le schéma de Starling,
lapport excessif deau et de sodium dans le
secteur interstitiel est du à un déséquilibre
entre le flux net deau sortant du capillaire à
son entrée et le flux net entrant dans le
capillaire à sa sortie. Ce déséquilibre peut
être lié soit à une augmentation de la DP soit à
une diminution de la pression oncotique p
39
Filtration glomérulaire Filtration du sang par
les reins Rappels danatomophysiologie Chaque
rein est constitué de 106 néphrons représentant
lunité fonctionnelle Néphron glomérule
tubule Glomérule avec membrane dialysante
ultrafiltration du plasma Tubule chargé de
réabsorber leau et les solutés nécessaires à
léquilibre de lorganisme (en rapport avec les
apports deau et alimentaires) et déliminer
(urine définitive) les déchets et excédents
Glomérule
Tubule
40
Facteurs déterminants de la filtration
glomérulaire Au niveau d1 glomérule, le débit
de filtration QUF est donné par la
relation QUF LH S Peff Où S est laire du
filtre dialysant et Peff est la valeur moyenne de
la pression efficace de filtration dans le
capillaire glomérulaire. Peff DP- p où DP
est la différence entre la pression hydrostatique
Pcg régnant le capillaire glomérulaire et la
pression hydrostatique Pt régnant le tubule et
où p est la pression oncotique due aux protéines
plasmatiques (qui ne traversent pas le filtre
glomérulaire) Par ailleurs le produit LH S est
appelé constante de filtration Kf du
glomérule gt QUF Kf ((Pcg- Pt) - p )
41

• Le capillaire glomérulaire se distingue par 2
  propriétés
• une résistance négligeable à lécoulement
• une perméabilité hydraulique élevée
• gt Pcg est uniforme dans le capillaire (50mmHg)
• gt la fraction de filtration est élevée (25 du
  débit plasmatique glomérulaire)
• entraînant une augmentation de p dans le
  capillaire
• Par ailleurs, Pt est également constante (15
  mmHg) gt DP est constante. p peut augmenter
• jusquà être égale à DP mais ne peut pas la
  dépasser lorsque p DP, la filtration sannule
• (Peff 0)
• Le débit de filtration est toujours dans le sens
  capillaire glomérulaire tubule,
• il ne peut jamais sinverser (à linverse des
  autres capillaires cf schéma de Starling).

42

• Filtration glomérulaire et insuffisance rénale
• Par définition linsuffisance rénale correspond à
  une diminution pathologique du débit
• de filtration glomérulaire
• Insuffisance rénale si QUFlt 110 ml/mn chez
  lhomme et si lt95ml/mn chez la femme
• Pour un glomérule , QUF Kf ((Pcg- Pt) - p )
• Pour les deux reins (N néphrons) QUF N. Kf
  ((Pcg- Pt) - p )
• lapparition dune insuffisance rénale peut être
  due
• à une diminution importante de la Pcg
  (diminution de la pression artérielle,
• apparition dune perte de charge dans les
  artères rénales (artériosclérose)
• une augmentation de Pt (obstacle sur la voie
  excrétrice)
• une augmentation da pression oncotique p
  (diminution du débit sanguin glomérulaire)

43
Notion de Clairance Le concept de clairance sert
à quantifier lefficacité dun système destiné à
épurer une solution, vis à vis dun soluté
donné La clairance K est définie par la relation
suivante K J/c où J quantité de soluté
épurée par unité de temps c
concentration du soluté de la solution à
épurer Unité ml/mn La clairance
correspond au volume de solution totalement
épurée du soluté considéré par unité de temps La
clairance rénale dun soluté se calcule de la
façon suivante La quantité de soluté épurée
par unité de temps J Je où Je est la quantité de
soluté excrétée dans les urines K J/cp Je/cp
cuV/ cp avec cp concentration
plasmatique cu concentration
urinaire V débit urinaire Il est
donc nécessaire davoir un prélèvement sanguin
(mesure de cp) et un recueil durine
(prélèvement sur 24heures, mesure de V et de cu)
44
Mesure du débit de filtration glomérulaire Pour
un soluté qui nest ni réabsorbé ni sécrété par
le tubule, la quantité J de soluté épurée de
lorganisme par unité de temps est égale à la
quantité Jc de ce soluté filtrée par les reins
par unité de temps La mesure de la clairance
dune molécule ni réabsorbée ni sécrétée par le
tubule correspond à la mesure du débit de
filtration glomérulaire. En pratique
utilisation de la créatinine - molécule
endogène contenue dans les muscles - masse
moléculaire faible (M113) avec transmittance
1 - ni réabsorbée ni sécrétée par le tubule
(sauf si insuffisance rénale sévère) La mesure
de la clairance de la créatinine donne une
estimation du débit de filtration
glomérulaire Clcréat UV/P (U
concentration urinaire, et Pcréatininémie) -
prise de sang - prélèvement des urines sur
24h Pour éviter le recueil des urines il est
possible dutiliser une estimation de Clcréat
basée uniquement sur la créatininémie
utilisation des formules de  Cockcroft 
45

• Formules de  Cockcroft 
• Chez lhomme Clcréat 1.2 (140 - âgean).
  Poidskg / créatininémie mmol/l
• Chez la femme Clcréat (140 - âgean). Poidskg
  / créatininémie mmol/l
• Elles considèrent que la masse musculaire ne
  dépend que du sexe de lâge et du poids (vérifié
• quen labsence de maladie aigüe)
• En cas dinsuffisance rénale sévère
• le tubule sécrète de la créatinine gt la Clcréat
  entraîne une surestimation de la filtration
• glomérulaire
• On peut alors utiliser la clairance de linuline
• substance exogène
• transmittance 1
• ni sécrétée ni réabsorbée par le tubule

46
2. Diffusion et migration électrique simultanées
des ions à travers une membrane 2. 1.
Potentiel déquilibre dun ion 2. 2. Courant
transporté par un ion 2. 3. Effet Donnan
47
2. 1. Potentiel déquilibre dun ion Si une mb
sépare 2 solutions contenant des ions diffusibles
et si à léquilibre 1 ion  i  est en
concentration molale différente Ci1 et Ci2 de
part et dautre de cette mb, cet ion nest pas en
équilibre de diffusion - Il existe un flux
diffusif Jid du compartiment le plus concentré
vers le compartiment le moins concentré, -
Il existe une différence de potentiel de part et
dautre de la mb entraînant un flux électrique
Jie annulant le flux diffusif Jid Cette
différence de potentiel sappelle Potentiel
déquilibre de lion i et est noté Vieq
Dv Vieq
Jd
C1
C2
Je
C1gtC2
Le potentiel déquilibre dun ion est le
potentiel créé par un ion en concentration
différente à léquilibre de part et dautre
dune membrane
48

• Vieq est obtenue en posant légalité suivante à
  léquilibre le flux diffusif est égal au flux
  migratoire électrique
• Je Jd
• ? -zF bmS. ci dv/dx -RTbm S dci/dx
• ? dv - (RT/zF). dci/ci
• En intégrant
• Vieq12 V2-V1 -(RT/ziF) . ln (Ci2/Ci1)
  Loi de Nernst

49
2. 2. Courant transporté par un ion Si on impose
une différence de potentiel DV à une une mb
séparant 2 solutions contenant 1 ion diffusible,
si cet ion  i  est en concentration molale
différente Ci1 et Ci2 de part et dautre de cette
mb, et si DV est différente de Vieq alors il
existe un flux électrodiffusif Ji de cet
ion Le courant transporté par cet ion est
donc Ii ziF Ji Il existe une relation entre
Ii, DV et Vieq Ii G S (DV - Vieq ) où
G conductance membranaire de lion i S
surface de la mb
DV gt Vieq
Jd
C1
C2
Je
C1gtC2
50
2. 3. Effet Donnan Leffet Donnan sobserve
entre 2 compartiments séparés par une mb
dialysante si lun des compartiments comporte une
protéine dissociée Pr z- et zC 1er cas
1 seule protéine en concentration  ci  et ses
z cations dans le cp 1, eau pure dans cp 2, mb
dialysante Il existe une DC pour les
cations dissociés gt mise en place dun flux
diffusif JD de 1 vers 2 pour C ? Rupture de
lélectro-neutralité (2 devient positif) ? Mise
en place dun flux migration électrique Je de 2
vers 1 pour C, annulant JD A léquilibre
DV 0 DP Dp (z 1). Ci RT
1
2
Prz- zC
Jd
eau
Je
51

• 2ème cas 1 protéine et ses z cations dans le CP
  1, dautres ions en équilibre
• dans cp 1 et 2, mb dialysante
• Il existe une DC pour C gt mise en place dun
  flux diffusif JD de 1 vers 2 pour C
• gt Rupture de lélectro-neutralité (2 devient
  positif)
• gt Pour rétablir lélectro-neutralité 3
  phénomènes en compétition
• gt flux de migration électrique pour C de 2
  vers 1
• gt flux de migration électrique pour K de 2 vers
  1
• gt flux de migration électrique pour Cl- de 1
  vers 2
• Les différents ions diffusibles se répartissent
  de part et dautre de la mb, en concentration
  inégale, pour quà léquilibre lélectro-neutralit
  é soit conservée dans chacun des cp

- DV
1
2
Prz- c zC zc K c Cl- c
2
2
Prz- c zC zc -a K cb Cl- c-d
Jd
Jd
C a
Je
K c Cl- c
K c-b Cl- cd
52
Les différents ions diffusibles se répartissent
de part et dautre de la mb, en concentration
inégale, pour quà léquilibre lélectro-neutralit
é soit conservée dans chacun des cp Pour chaque
ions diffusible il apparaît un potentiel
déquilibre (concentration inégale de part et
dautre de la membrane) A léquilibre il existe
entre les 2 compartiments une différence négative
de potentiel du côté de la protéine appelé
"potentiel de Donan" Les potentiels d'équilibre
de chaque ion sont identiques et égaux au
potentiel de Donan Pour C Vceq12
V2-V1 -(RT/ziF) . ln( C2/ C1) Pour K
VKeq12 V2-V1 -(RT/ziF) . ln( K2/
K1) Pour Cl- VCl-eq12 V2-V1 -(RT/ziF)
. ln( Cl-2/ Cl-1)
53
Equilibre de Donan gt Vceq12 VKeq12
VCl-eq12 ? -(RT/F) . ln( C2/ C1)
-(RT/F) . ln( K2/ K1) (RT/F) . ln(
Cl-2/ Cl-1) ? ln( C2/ C1) ln( K2/
K1) ln( Cl-1/ Cl-2) ? C2/ C1
K2/ K1 Cl-1/ Cl-2 On défini ainsi
le rapport de Donan r C2/ C1 K2/
K1 Cl-1/ Cl-2 En cas dions
multivalents ex Al 3 3 Al 3 2 / Al
3 1 Cl-1/ Cl-2
zCl- - 1