Classification et échanges des liquides corporels

Classification des espaces liquidiens

L'eau est le composant le plus abondant du corps humain, représentant 60% du poids total chez l'homme et 50-52% chez la femme (soit 42L pour un homme de 70kg). Sa répartition varie selon les tissus (de 10% dans la dentine à 90% dans le plasma).

Stabilité des liquides corporels

Le rein joue un rôle majeur dans le maintien de la stabilité du milieu extracellulaire (LEC) pour préserver le fonctionnement cellulaire. La stabilité du volume et de la composition du liquide intracellulaire (LIC) est essentielle et dépend de la stabilité du LEC. Ce système est en équilibre dynamique.

• Natrémie (concentration plasmatique en Na+): 140 mOsm/L. Une hyponatrémie sévère (<120 mOsm/L) rend le plasma hypotonique, entraînant un gonflement cellulaire, potentiellement grave pour les neurones.

• Kaliémie (concentration plasmatique en K+): 4,5 mOsm/L. Une hyperkaliémie sévère (6-7 mOsm/L) peut provoquer une dépolarisation cellulaire, augmentant l'excitabilité nerveuse et cardiaque, avec risque d'arythmies mortelles.

Répartition de l'eau

La répartition de l'eau varie avec l'âge, le sexe et la quantité de tissu adipeux.

• Chez l'adulte :

  • LIC : 40% du poids corporel (28L/70kg).

  • LEC : 20% du poids corporel (14L/70kg), divisé en :

    • Liquide interstitiel (LI) : 16% du poids corporel (11L/70kg).

    • Plasma : 4% du poids corporel (3L/70kg).

• Chez le nouveau-né : LEC et LIC se répartissent de manière égale (environ 40% chacun). L'eau corporelle totale (ECT) est > 80% du poids. La répartition adulte est atteinte vers 1 an.

Les espaces liquidiens se divisent en deux milieux :

• Milieu intracellulaire : Très hétérogène, représente 2/3 de l'eau totale (40% du poids corporel, 28L/70kg).

• Milieu extracellulaire : Contient 1/3 de l'eau totale (20% du poids corporel). Divisé par la paroi capillaire en :

  • Extravasculaire (liquide interstitiel) : milieu dans lequel vivent les cellules, fraction liquide peu mobile.

  • Intravasculaire (sang/plasma) : milieu à circulation rapide, considéré comme un tissu avec une phase cellulaire et une phase liquide (le plasma).

Traceurs pour étudier ces espaces

Les volumes de liquides sont mesurés indirectement par le principe de dilution d'une quantité connue de marqueur (traceur).

Un bon traceur doit :

• Se distribuer de manière homogène dans le compartiment d'intérêt.

• Ne pas être toxique ni affecter le métabolisme des tissus.

• Ne pas être rapidement excrété ou métabolisé.

• Être mesurable de manière précise et reproductible.

Méthodes d'injection :

• Injection unique pour substances à élimination lente.

• Perfusion continue pour substances à élimination rapide.

Mesure de l'eau corporelle totale (ECT)

La substance utilisée doit diffuser dans les cellules et le compartiment extracellulaire.

Traceurs :

• Non isotopiques : Antipyrine, Éthanol.

• Isotopes de l'eau : Eau lourde (D₂O), Eau tritiée (³H₂O).

Le volume de l'ECT est estimé à 42L pour un homme adulte de 70kg (60% du poids corporel).

Les compartiments définis par les traceurs sont des espaces de diffusion, non homogènes. Des échanges permanents d'eau et d'ions existent entre ces compartiments, créant un état dynamique.

Les volumes du LIC et du LI sont calculés, tandis que l'ECT, le LEC et le plasma sont mesurables.

Secteur extracellulaire

Il représente 20% du poids corporel chez l'adulte (14L) et 40% chez le nouveau-né. Il comprend le plasma, le secteur interstitiel et l'eau transcellulaire.

Le plasma : mesure de son volume

C'est la phase liquide non cellulaire du sang. On utilise une substance qui ne franchit pas les parois vasculaires et reste confinée dans le système vasculaire.

1. Mesure directe (uniquement pour le plasma) :

   • Par un colorant vital : Bleu Evans (se fixe sur les protéines plasmatiques).

   • Par un isotope : Iode radioactif (I¹²⁵) marquant la sérum albumine.

2. Mesure indirecte avec le volume sanguin total :

   • Utilisation de traceurs radioactifs se fixant sur les globules rouges (³²P ou ⁵¹Cr).

   • Volume du plasma = Volume sanguin total - Volume des GR (hématocrite).

Le volume du plasma est estimé à 3L.

Composition ionique du plasma :

• 1L de plasma contient 930 ml d'eau + 70 ml de protéines (60-70g).

• Les ions sont dissous dans la phase aqueuse.

• Somme des cations = somme des anions (neutralité électrique).

• Contient aussi des substances non électrolytiques (glucose, urée, créatinine).

Le liquide interstitiel

C'est le véritable milieu intérieur dans lequel baignent les cellules, relativement stagnante. Il représente 16% du poids du corps (dont 2% pour la lymphe). Son volume est non mesurable directement mais déductible par calcul : LI = LEC - plasma.

Traceurs pour mesurer le LEC :

• Inuline : sous-estime le volume (12L).

• Mannitol : bon résultat.

• ³⁶Cl et ²⁴Na : surestiment le volume (18L) car diffusent dans les cellules.

• Thiosulfate de Na ou bromure de Na : meilleurs indicateurs (14L).

Donc, volume LI = 14L - 3L = 11 Litres.

Composition ionique des liquides interstitiels :

• Le LI est un ultrafiltrat du plasma, pauvre en protéines (0 à 2%).

• Les concentrations ioniques sont voisines de celles du plasma car l'endothélium capillaire est perméable aux ions mais pas aux protéines.

La lymphe

Fait partie du compartiment extracellulaire, rattachée au liquide interstitiel. Elle circule dans les capillaires lymphatiques et draine le liquide interstitiel vers la circulation veineuse. Elle est plus riche en protéines que le reste du secteur interstitiel (20 g/L pour la lymphe du foie à 50 g/L pour le canal thoracique).

Ce réseau permet le retour des protéines échappées du secteur vasculaire vers le plasma.

Causes possibles des œdèmes :

• Augmentation de la pression hydrostatique capillaire.

• Hypoalbuminémie (diminution de la pression oncotique).

• Obstruction lymphatique.

• Obstruction veineuse.

L'eau transcellulaire

Compartiment à part entière (1 à 3% du poids du corps), séparé du plasma par l'endothélium capillaire et une couche de cellules continues. L'endothélium modifie sa composition par rapport au LEC.

ECT = LEC + LIC + eau transcellulaire (en pratique, souvent ignorée en conditions physiologiques).

Elle comprend :

• Liquides en transit (sécrétion-réabsorption) : ultrafiltration rénale, sécrétions digestives.

• Liquides protecteurs de composition particulière : liquide cérébro-spinal, intraoculaire, pleural, péritonéal, synovial.

Ces liquides protecteurs peuvent représenter des volumes importants en situation pathologique (ex: pleurésie, ascite).

Absorption de l'eau au niveau du tube digestif :

• Eau totale présente dans l'intestin : ~9500 ml/24h.

• Eau absorbée : ~9300 ml/24h.

• Eau excrétée dans les selles : ~200 ml/24h.

Secteur intracellulaire

Liquide intracellulaire (LIC)

Non mesuré directement, mais calculé par la formule : LIC = ECT - LEC. Il représente 40% du poids du corps (28L/70kg).

Sa composition ionique est difficile à définir de manière universelle car elle varie selon les tissus et les organites.

• Cations : [K+]_i = 30 x [K+]_e et [Na+]_i = 0,1 x [Na+]_e.

• Anions : protéines et phosphates organiques.

• Glucose, urée : même concentration en intra et extracellulaire (peu d'effet sur les mouvements d'eau).

L'osmolarité intracellulaire est environ égale à celle des liquides extracellulaires (280-290 mOsm/kg H₂O), mais la somme des charges électriques est supérieure à celle du plasma grâce aux protéines.

Le calcium

• Dans le LEC (plasma) : calcémie = 1 à 2 mM ou 4 mEq/L (1/3 lié aux protéines).

• Dans le LIC (cytoplasme) : calcium libre = 0,1 μM (peut monter jusqu'à 10 μM pour le signal calcique).

• Le Ca est séquestré dans le réticulum endoplasmique et d'autres organites (10-15 mM).

Échanges

Deux facteurs déterminent les mouvements d'eau : l'osmose et la pression hydrostatique.

• La membrane cellulaire est plus perméable à l'eau qu'aux solutés et imperméable aux protéines.

• La paroi capillaire est très perméable à l'eau et aux solutés.

Le gradient osmotique est créé par les solutés qui ne traversent pas les membranes :

• Osmolarité extracellulaire : sodium et anions associés (NaCl).

• Osmolarité intracellulaire : potassium et anions associés.

Le déplacement de l'eau entre les compartiments IC et EC est gouverné par ces forces osmotiques. L'osmolarité est quasi égale dans tous les liquides corporels (~300 mOsm/L).

Échanges entre le secteur intracellulaire et le secteur extracellulaire

Le compartiment plasmatique est en contact avec l'extérieur, entraînant des changements de volume et d'osmolarité des liquides corporels, d'abord dans le LEC. Le gain ou la perte d'eau ou d'osmoles dans le LEC entraîne des changements du volume et/ou de l'osmolarité plasmatique, ainsi qu'une redistribution de l'eau entre les compartiments.

Caractéristiques de l'équilibre de Gibbs-Donnan (électroneutralité) :

• Électroneutralité de chaque compartiment.

• Égalité du produit des concentrations des ions diffusibles : [A-]₁ x [C+]₁ = [A-]₂ x [C+]₂.

• Distribution inégale des grosses molécules et des petits ions (plus de protéines dans le LIC).

L'osmolalité des solutions diluées de l'organisme est exprimée en milliOsmoles. En pratique, l'osmolalité est sensiblement égale à l'osmolarité.

L'urée et l'éthanol diffusent librement et ne créent pas de déséquilibre osmotique.

L'ion potassium K+ est l'osmole efficace majoritaire de l'intracellulaire.

La mesure de la pression osmotique du plasma est déterminée par :

• L'abaissement du point de congélation (-0,56°C pour le plasma humain normal, correspondant à 290 mOsm/kgH₂O).

• Le calcul de l'osmolalité du plasma par l'ionogramme : Osmolalité plasmatique ≈ (2 x [Na+]) + [glucose] + [urée].

Rôles de la pompe Na+/K+ ATPase : maintien du volume cellulaire normal

• Maintient le Na+ dans le LEC par transport actif contre son gradient électrochimique.

• Maintient le K+ dans la cellule par transport actif contre son gradient chimique.

• Neutralise l'effet Gibbs-Donnan et prévient le gonflement cellulaire.

• Expulse 3 Na+ et fait entrer 2 K+.

Régulation du volume cellulaire (volume anormal)

L'équilibre osmotique nécessite le même nombre de particules par litre en intra- ou extracellulaire.

• L'état d'hydratation extracellulaire dépend des gains/pertes de Na+ et est évalué cliniquement (œdème, pli cutané).

• L'état d'hydratation intracellulaire dépend des gains/pertes d'eau et est évalué par la natrémie.

Échanges entre le plasma et le liquide interstitiel

Les échanges gazeux, de nutriments et de déchets se font par diffusion. Les échanges liquidiens se font par filtration selon les forces de Starling :

• Pression hydrostatique capillaire : favorise la sortie de liquide des vaisseaux.

• Pression oncotique capillaire : favorise l'entrée de liquide dans les vaisseaux.

• Pressions hydrostatique et oncotique interstitielles : favorisent la sortie de liquide des vaisseaux.

La formation d'œdèmes correspond à un déséquilibre des forces de Starling (volume interstitiel augmente quand le volume filtré est supérieur au volume réabsorbé).

Mécanismes d'œdème :

• Augmentation de la pression hydrostatique capillaire.

• Baisse de la pression oncotique capillaire (hypoalbuminémie).

• Augmentation de la perméabilité des parois capillaires (inflammation).

• Obstruction lymphatique.

Échanges hydriques avec le milieu extérieur

L'eau est essentielle car l'organisme perd inévitablement de l'eau et ne constitue pas de réserve. Les besoins sont de 35 ml/kg/jour chez l'adulte sédentaire.

Apports :

• Eau exogène : boissons (1300mL/24h) + alimentation (1000mL/24h) = 2300 ml/24h.

• Eau endogène (métabolique) : 250 ml/24h.

Pertes :

• Tube digestif : 50 à 200 ml/jour (malgré 8L de sécrétions réabsorbées).

• Poumons : 400 à 500 ml/24h (par saturation en vapeur d'eau de l'air expiré).

• Peau :

  • Perspiration insensible : 300 ml/jour (peut atteindre 4L/jour en cas de brûlures étendues).

  • Sudation : variable, de 300 ml/jour à 10L/jour en conditions extrêmes. La sueur est un liquide hypotonique.

• Reins : 1500 à 2200 ml/jour. Seulement 1% du liquide filtré (180 L/24h) est éliminé. La réabsorption est passive dans le segment proximal et contrôlée dans le segment distal.

La soif

Désir conscient d'eau, nécessaire pour compenser les pertes physiologiques. Elle est régulée avec l'ADH et les osmorécepteurs.

1. Soif osmotique :

   • Due à une perte d'eau supérieure à la perte de solutés (sueur, respiration).

   • Augmentation de l'osmolarité du LEC stimule les osmorécepteurs (foie, hypothalamus).

   • Déshydratation des cellules du centre de la soif, entraînant la production d'ADH et une baisse de l'élimination d'H₂O par les reins.

2. Soif hypovolémique :

   • Déclenchée par un changement de volume du LEC (hémorragie, diarrhée, vomissements), même si l'osmolarité est inchangée.

   • Baisse de la volémie et de la pression artérielle stimule les barorécepteurs.

   • Libération de rénine et d'angiotensine II, agissant sur les centres de la soif et augmentant l'ADH et la pression artérielle.

3. Autres stimulus : Sécheresse bucco-pharyngée.