Teneur en eau du corps

Les êtres humains sont principalement constitués d'eau, allant d'environ 75 % de la masse corporelle chez les nourrissons à environ 50-60 % chez les adultes, et jusqu'à 45 % chez les personnes âgées. Le pourcentage d'eau corporelle change avec le développement, car les proportions du corps allouées à chaque organe et aux muscles, à la graisse, aux os et aux autres tissus changent de la petite enfance à l'âge adulte (Figure 26.2). Votre cerveau et vos reins ont les proportions d'eau les plus élevées, qui composent 80 à 85 % de leurs masses. En revanche, les dents ont la plus faible proportion d'eau, à 8-10 %.

Figure 26.2 Teneur en eau des organes et tissus du corps La teneur en eau varie selon les organes et tissus du corps, allant de seulement 8 % dans les dents à 85 % dans le cerveau.

Compartiments liquidiens

Les liquides corporels peuvent être discutés en termes de leur compartiment liquidien spécifique, un emplacement largement séparé d'un autre compartiment par une forme de barrière physique. Le compartiment du liquide intracellulaire est le système qui inclut tout le liquide enfermé dans les cellules par leurs membranes plasmiques. Le liquide extracellulaire entoure toutes les cellules du corps. Le liquide extracellulaire a deux constituants principaux : la composante liquide du sang (appelée plasma) et le liquide interstitiel qui entoure toutes les cellules non sanguines (Figure 26.3).

Figure 26.3 Compartiments liquidiens dans le corps humain Le liquide intracellulaire est le liquide à l'intérieur des cellules. Le liquide interstitiel (LI) fait partie du liquide extracellulaire entre les cellules. Le plasma sanguin est la deuxième partie du LEC. Les substances circulent entre les cellules et le plasma dans les capillaires via le LI.

Liquide intracellulaire

Le LIC se trouve à l'intérieur des cellules et est le composant principal du cytosol/cytoplasme. Le LIC représente environ 60 % de l'eau totale du corps humain, et chez un homme adulte de taille moyenne, le LIC représente environ 25 litres de liquide (Figure 26.4). Ce volume de liquide a tendance à être très stable, car la quantité d'eau dans les cellules vivantes est étroitement régulée. Si la quantité d'eau à l'intérieur d'une cellule tombe à une valeur trop basse, le cytosol devient trop concentré en solutés pour permettre les activités cellulaires normales ; si trop d'eau pénètre dans une cellule, la cellule peut éclater et être détruite.

Figure 26.4 Graphique circulaire montrant la proportion du liquide corporel total dans chacun des compartiments liquidiens du corps La majeure partie de l'eau du corps est du liquide intracellulaire. Le deuxième volume le plus important est le liquide interstitiel, qui entoure les cellules qui ne sont pas des cellules sanguines.

Composition des liquides corporels

Les compositions des deux composants du LEC — le plasma et le LI — sont plus similaires l'une à l'autre que l'une ou l'autre ne l'est au LIC (Figure 26.5). Le plasma sanguin a des concentrations élevées de sodium, de chlorure, de bicarbonate et de protéines. Le LI a des concentrations élevées de sodium, de chlorure et de bicarbonate, mais une concentration relativement plus faible de protéines. En revanche, le LIC a des quantités élevées de potassium, de phosphate, de magnésium et de protéines. Globalement, le LIC contient des concentrations élevées de potassium et de phosphate (${\text{HPO}}_4^{2-}$), tandis que le plasma et le LEC contiennent tous deux des concentrations élevées de sodium et de chlorure.

Figure 26.5 Les concentrations des différents éléments dans les principaux liquides corporels Le graphique montre la composition du LIC, du LI et du plasma. Les compositions du plasma et du LI sont similaires l'une à l'autre mais sont très différentes de la composition du LIC.

La plupart des liquides corporels sont de charge neutre. Ainsi, les cations, ou ions chargés positivement, et les anions, ou ions chargés négativement, sont équilibrés dans les liquides. Comme le montre le graphique précédent, les ions sodium (Na⁺) et les ions chlorure (Cl^-) sont concentrés dans le LEC du corps, tandis que les ions potassium (K⁺) sont concentrés à l'intérieur des cellules. Bien que le sodium et le potassium puissent « fuir » à travers des « pores » dans et hors des cellules, respectivement, les niveaux élevés de potassium et les faibles niveaux de sodium dans le LIC sont maintenus par les pompes sodium-potassium dans les membranes cellulaires. Ces pompes utilisent l'énergie fournie par l'ATP pour pomper le sodium hors de la cellule et le potassium dans la cellule (Figure 26.6).

Figure 26.6 La pompe sodium-potassium La pompe sodium-potassium est alimentée par l'ATP pour transférer le sodium hors du cytoplasme et dans le LEC. La pompe transfère également le potassium hors du LEC et dans le cytoplasme. (source : modification de l'œuvre de Mariana Ruiz Villarreal)

Mouvement des liquides entre les compartiments

La pression hydrostatique, la force exercée par un fluide contre une paroi, provoque le mouvement du liquide entre les compartiments. La pression hydrostatique du sang est la pression exercée par le sang contre les parois des vaisseaux sanguins par l'action de pompage du cœur. Dans les capillaires, la pression hydrostatique (également connue sous le nom de pression artérielle capillaire) est plus élevée que la « pression oncotique colloïdale » opposée dans le sang — une pression « constante » principalement produite par l'albumine circulante — à l'extrémité artériolaire du capillaire (Figure 26.7). Cette pression force le plasma et les nutriments à sortir des capillaires et à pénétrer dans les tissus environnants. Le liquide et les déchets cellulaires dans les tissus entrent dans les capillaires à l'extrémité veinulaire, où la pression hydrostatique est inférieure à la pression osmotique dans le vaisseau. La pression de filtration pousse le liquide du plasma sanguin vers le LI entourant les cellules tissulaires. Le surplus de liquide dans l'espace interstitiel qui n'est pas directement renvoyé aux capillaires est drainé des tissus par le système lymphatique, puis réintègre le système vasculaire au niveau des veines subclavières.

Figure 26.7 Échange capillaire La filtration nette se produit près de l'extrémité artérielle du capillaire puisque la pression hydrostatique capillaire est supérieure à la pression oncotique colloïdale du sang. Il n'y a pas de mouvement net de fluide près du point médian du capillaire puisque CHP = BCOP. La réabsorption nette se produit près de l'extrémité veineuse du capillaire puisque BCOP est supérieure à CHP.

La pression hydrostatique est particulièrement importante pour réguler le mouvement de l'eau dans les néphrons des reins afin d'assurer une filtration adéquate du sang pour former l'urine. À mesure que la pression hydrostatique dans les reins augmente, la quantité d'eau quittant les capillaires augmente également, et plus de filtrat urinaire est formé. Si la pression hydrostatique dans les reins chute trop bas, comme cela peut arriver en cas de déshydratation, les fonctions des reins seront altérées et moins de déchets azotés seront éliminés de la circulation sanguine. Une déshydratation extrême peut entraîner une insuffisance rénale.

Le liquide se déplace également entre les compartiments le long d'un gradient osmotique. Rappelons qu'un gradient osmotique est produit par la différence de concentration de tous les solutés de part et d'autre d'une membrane semi-perméable. L'amplitude du gradient osmotique est proportionnelle à la différence de concentration des solutés d'un côté de la membrane cellulaire par rapport à l'autre côté. L'eau se déplacera par osmose du côté où sa concentration est élevée (et la concentration de soluté est faible) vers le côté de la membrane où sa concentration est faible (et la concentration de soluté est élevée). Dans le corps, l'eau se déplace par osmose du plasma vers le LI et du LI vers le LIC. Dans le corps, l'eau se déplace constamment dans et hors des compartiments liquidiens à mesure que les conditions changent dans différentes parties du corps.

Par exemple, si vous transpirez, vous perdrez de l'eau par votre peau. La transpiration déshydrate vos tissus et augmente la concentration de solutés dans ces tissus. Lorsque cela se produit, l'eau diffuse de votre sang vers les glandes sudoripares et les tissus cutanés environnants qui sont devenus déshydratés en raison du gradient osmotique. De plus, lorsque l'eau quitte le sang, elle est remplacée par l'eau des autres tissus de votre corps qui ne sont pas déshydratés. Si cela continue, la déshydratation se propage dans tout le corps. Lorsqu'une personne déshydratée boit de l'eau et se réhydrate, l'eau est redistribuée par le même gradient, mais dans la direction opposée, reconstituant l'eau dans tous les tissus.

Mouvement des solutés entre les compartiments

Le mouvement de certains solutés entre les compartiments est actif, ce qui consomme de l'énergie et est un processus de transport actif, tandis que le mouvement d'autres solutés est passif, ce qui ne nécessite pas d'énergie. Le transport actif permet aux cellules de déplacer une substance spécifique contre son gradient de concentration à travers une protéine membranaire, nécessitant de l'énergie sous forme d'ATP. Par exemple, la pompe sodium-potassium utilise le transport actif pour pomper le sodium hors des cellules et le potassium dans les cellules, les deux substances se déplaçant contre leurs gradients de concentration.

Le transport passif d'une molécule ou d'un ion dépend de sa capacité à traverser la membrane, ainsi que de l'existence d'un gradient de concentration qui permet aux molécules de diffuser d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. Certaines molécules, comme les gaz, les lipides et l'eau elle-même (qui utilise également des canaux hydriques dans la membrane appelés aquaporines), traversent assez facilement la membrane cellulaire ; d'autres, y compris les molécules polaires comme le glucose, les acides aminés et les ions, ne le font pas. Certaines de ces molécules entrent et sortent des cellules en utilisant le transport facilité, par lequel les molécules se déplacent selon un gradient de concentration à travers des canaux protéiques spécifiques dans la membrane. Ce processus ne nécessite pas d'énergie. Par exemple, le glucose est transféré dans les cellules par des transporteurs de glucose qui utilisent le transport facilité (Figure 26.8).

Figure 26.8 Diffusion facilitée Les molécules de glucose utilisent la diffusion facilitée pour se déplacer selon un gradient de concentration à travers les canaux protéiques porteurs de la membrane. (source : modification de l'œuvre de Mariana Ruiz Villarreal)

Troubles de...

Équilibre hydrique : Œdème

L'œdème est l'accumulation d'eau excessive dans les tissus. Il est plus fréquent dans les tissus mous des extrémités. Les causes physiologiques de l'œdème incluent la fuite d'eau des capillaires sanguins. L'œdème est presque toujours causé par une condition médicale sous-jacente, par l'utilisation de certains médicaments thérapeutiques, par la grossesse, par une blessure localisée ou par une réaction allergique. Dans les membres, les symptômes de l'œdème incluent le gonflement des tissus sous-cutanés, une augmentation de la taille normale du membre et une peau tendue et étirée. Une façon rapide de vérifier un œdème sous-cutané localisé dans un membre est d'appuyer un doigt sur la zone suspecte. L'œdème est probable si la dépression persiste pendant plusieurs secondes après le retrait du doigt (ce qu'on appelle « signe du godet »).

L'œdème pulmonaire est un excès de liquide dans les sacs alvéolaires des poumons, un symptôme courant d'insuffisance cardiaque et/ou rénale. Les personnes atteintes d'œdème pulmonaire éprouveront probablement des difficultés respiratoires et peuvent ressentir des douleurs thoraciques. L'œdème pulmonaire peut être mortel, car il compromet les échanges gazeux dans les poumons, et toute personne présentant des symptômes doit immédiatement consulter un médecin.

Dans l'œdème pulmonaire résultant d'une insuffisance cardiaque, une fuite excessive d'eau se produit parce que les liquides s'accumulent dans les capillaires pulmonaires des poumons, lorsque le ventricule gauche du cœur est incapable de pomper suffisamment de sang dans la circulation systémique. Étant donné que le côté gauche du cœur est incapable de pomper son volume sanguin normal, le sang dans la circulation pulmonaire s'accumule, en commençant par l'oreillette gauche, puis dans les veines pulmonaires, et ensuite dans les capillaires pulmonaires. L'augmentation de la pression hydrostatique qui en résulte dans les capillaires pulmonaires, alors que le sang continue d'arriver des artères pulmonaires, provoque le passage du liquide hors de ceux-ci et dans les tissus pulmonaires.

D'autres causes d'œdème incluent des lésions des vaisseaux sanguins et/ou des vaisseaux lymphatiques, ou une diminution de la pression osmotique dans les maladies hépatiques chroniques et graves, où le foie est incapable de fabriquer des protéines plasmatiques (Figure 26.9). Une diminution des niveaux normaux de protéines plasmatiques entraîne une diminution de la pression oncotique colloïdale dans les capillaires. Ce processus provoque une perte d'eau du sang vers les tissus environnants, entraînant un œdème.

Figure 26.9 Œdème Une réaction allergique peut provoquer une fuite excessive de liquide des capillaires de la main, qui s'accumule dans les tissus. (source : Jane Whitney)

Un œdème léger et transitoire des pieds et des jambes peut être causé par le fait de rester assis ou debout dans la même position pendant de longues périodes, comme dans le travail d'un péagiste ou d'un caissier de supermarché. Cela est dû au fait que les veines profondes des membres inférieurs dépendent des contractions des muscles squelettiques pour pousser sur les veines et ainsi « pomper » le sang vers le cœur. Sinon, le sang veineux stagne dans les membres inférieurs et peut s'infiltrer dans les tissus environnants.

Les médicaments pouvant entraîner un œdème incluent les vasodilatateurs, les inhibiteurs calciques utilisés pour traiter l'hypertension, les anti-inflammatoires non stéroïdiens, les thérapies œstrogéniques et certains médicaments contre le diabète. Les conditions médicales sous-jacentes pouvant contribuer à l'œdème incluent l'insuffisance cardiaque congestive, les lésions rénales et les maladies rénales, les troubles affectant les veines des jambes, ainsi que la cirrhose et d'autres troubles hépatiques.

Le traitement de l'œdème se concentre généralement sur l'élimination de la cause. Les activités pouvant réduire les effets de la condition incluent des exercices appropriés pour maintenir la circulation sanguine et lymphatique à travers les zones affectées. D'autres thérapies incluent l'élévation de la partie affectée pour faciliter le drainage, le massage et la compression des zones pour déplacer le liquide hors des tissus, et une diminution de l'apport en sel pour réduire la rétention de sodium et d'eau.