Chapitre 1 — Solutions, compartiments et transports · Topic 2 : Compartiments liquidiens · Leçon 2.1
L’eau corporelle n’est pas répartie de façon homogène dans l’organisme : elle est distribuée entre plusieurs compartiments liquidiens séparés par des membranes aux propriétés spécifiques. Comprendre cette organisation est indispensable pour interpréter les déséquilibres hydro-électrolytiques rencontrés en clinique.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Distinguer les trois types de membranes biologiques selon leur perméabilité ;
- Connaître la répartition de l’eau totale chez l’adulte sain ;
- Décrire le modèle à 2 compartiments (volumes, osmolalité, compositions ioniques) ;
- Décrire le modèle à 3 compartiments (plasma, interstitiel, intracellulaire) et les spécificités de chaque secteur.
🧭 Plan de la leçon
- Types de membrane
- Répartition de l’eau — données générales
- Modèle à 2 compartiments
- Modèle à 3 compartiments — plasma, interstitiel, intracellulaire
1. Types de membrane
On distingue trois grands types de membranes biologiques en biophysique, selon les espèces qu’elles laissent passer :
- Membrane perméable : laisse passer librement solutés et solvant.
- Membrane hémiperméable : imperméable aux macromolécules et aux micromolécules ; perméable à l’eau uniquement. C’est la membrane idéale des phénomènes osmotiques purs.
- Membrane dialysante (ou sélective) : imperméable aux macromolécules au-delà d’une certaine taille, mais perméable aux micromolécules (Na+, K+, Cl−, glucose, urée) et à l’eau. Exemple physiologique : la paroi des capillaires sanguins.
La membrane strictement hémiperméable (perméable à l’eau, imperméable à tout soluté) sert de modèle de référence pour raisonner sur la pression osmotique. En pratique, toutes les membranes biologiques sont dialysantes ou sélectives : aucune n’est purement hémiperméable.
2. Répartition de l’eau — données générales
L’eau représente environ 60 % de la masse corporelle chez l’adulte. Cette fraction n’est pas fixe : elle varie selon plusieurs facteurs.
- Âge : le nourrisson est plus riche en eau que le sujet âgé (tissu adipeux et masse musculaire se modifient avec l’âge).
- Sexe : l’homme (H) est plus riche en eau que la femme (F), en raison d’une masse musculaire plus importante.
- Morphologie : le tissu adipeux est très pauvre en eau (environ 10 % d’eau), ce qui abaisse la fraction hydrique globale chez les personnes avec une masse grasse élevée.
3. Modèle à 2 compartiments
Le modèle le plus simple divise les liquides corporels en deux grands secteurs séparés par la membrane cellulaire :
| Compartiment | Volume (L) | Osmolalité (mosmol/kg) |
|---|---|---|
| Extracellulaire | 16 L | ≈ 300 (légèrement supérieure de 1 mosmol/kg, due aux protéines) |
| Intracellulaire | 24 L | ≈ 300 |
L’osmolalité totale se calcule : ωtotale = ωions + ωglucose + ωurée ≈ 300 mosmol/L d’eau.
La membrane cellulaire est sélective :
- Perméable à l’eau (librement) et à l’urée ;
- Peu perméable aux ions (Na+, K+, Cl−) ;
- Imperméable aux macromolécules (protéines).
Conséquence électrique : les cations et anions s’équilibrent de part et d’autre. La concentration en cations = concentration en anions = 150 mEq/L, soit un total de 300 mEq/L.
Les protéines extracellulaires, qui ne traversent pas la membrane cellulaire, contribuent à l’osmolalité du secteur extracellulaire. D’où un écart d’environ 1 mosmol/kg entre les deux compartiments dans le modèle à 2 compartiments.
4. Modèle à 3 compartiments — plasma, interstitiel, intracellulaire
Le modèle à 3 compartiments affine la description en distinguant, au sein du secteur extracellulaire, le plasma et le secteur interstitiel.
| Secteur | % eau totale | Volume | Particularités |
|---|---|---|---|
| Plasma | 7 % | 3 L | Forte pression ; Na+ dominant (>95 % osmolalité cationique) ; Cl− abondant ; HCO3− ; protéines ; urée 5 mmol/L ; glucose 5 mmol/L ; Mg2+ et Ca2+ peu présents |
| Interstitiel | 33 % | 13 L | Comme le plasma sans les protéines ; osmolalité ≈ 300 mosmol/kg |
| Intracellulaire | 60 % | 24 L | Na+ peu présent ; K+ très abondant ; phosphates (H2PO4− et HPO42−) très abondants ; protéines |
- Membrane capillaire (plasma ↔ interstitiel) : dialysante — laisse passer les micromolécules (ions, glucose, urée) mais pas les protéines.
- Membrane cellulaire (interstitiel ↔ intracellulaire) : sélective — perméable à l’eau et à l’urée, peu perméable aux ions, imperméable aux macromolécules.
Le plasma est légèrement hyperosmolaire par rapport au secteur interstitiel : osmolalité plasmatique ≈ 311 mosmol/kg vs ≈ 300 mosmol/kg pour l’interstitiel, en raison des protéines plasmatiques — absentes dans le secteur interstitiel.
L’ionogramme sanguin analyse la concentration des ions dans le plasma (et non dans le sang total ni dans l’interstitiel).
🧠 À retenir absolument
- 3 types de membrane : perméable (tout passe) | hémiperméable (eau seulement — modèle théorique) | dialysante/sélective (micromolécules + eau, pas les protéines).
- Eau totale ≈ 60 % de la masse corporelle — ↓ avec l’âge, H > F, tissu adipeux ≈ 10 % d’eau.
- Modèle à 2 compartiments : EC = 16 L / IC = 24 L ; osmolalité ≈ 300 mosmol/kg ; cations = anions = 150 mEq/L.
- Modèle à 3 compartiments : plasma (7 %, 3 L) + interstitiel (33 %, 13 L) + intracellulaire (60 %, 24 L).
- Plasma : Na+ dominant, protéines, osmolalité ≈ 311 mosmol/kg.
- Interstitiel : comme le plasma sans les protéines, osmolalité ≈ 300 mosmol/kg.
- Intracellulaire : K+ dominant, phosphates et protéines abondants, Na+ faible.
- Ionogramme sanguin = concentration ionique du plasma.
❓ Questions fréquentes
Quelle différence entre membrane hémiperméable et membrane sélective (dialysante) ?
La membrane hémiperméable est imperméable à tout soluté (macromolécules et micromolécules) et ne laisse passer que l’eau : c’est un modèle théorique utile pour raisonner sur la pression osmotique pure. La membrane sélective (dialysante) est imperméable aux macromolécules mais laisse passer les micromolécules (ions, glucose, urée) : c’est la situation réelle des membranes biologiques (capillaire sanguin, membrane cellulaire).
Pourquoi l’eau totale représente-t-elle 60 % et non 70 % comme on le lit parfois ?
La valeur de 60 % est celle retenue par le cours de biophysique de Sorbonne Université (valeur moyenne chez l’adulte de corpulence normale). Certains ouvrages donnent 55–65 % selon le groupe étudié. Chez le nourrisson, la fraction peut dépasser 70 %. En situation d’obésité, elle peut descendre en dessous de 50 % car le tissu adipeux ne contient qu’environ 10 % d’eau. Pour le concours : retenir 60 %.
L’osmolalité extracellulaire est « légèrement supérieure ». De combien exactement ?
Selon le cours, l’osmolalité extracellulaire est supérieure d’environ 1 mosmol/kg à l’osmolalité intracellulaire dans le modèle à 2 compartiments, en raison des protéines extracellulaires. Dans le modèle à 3 compartiments, le plasma atteint ≈ 311 mosmol/kg (vs 300 mosmol/kg pour l’interstitiel), soit un écart de ≈ 11 mosmol/kg, toujours lié aux protéines plasmatiques.
Quelle est la différence ionique principale entre plasma et secteur interstitiel ?
La seule différence notable est l’absence de protéines dans le secteur interstitiel (la membrane capillaire est dialysante — elle laisse passer les ions mais pas les protéines). Les profils en Na+, K+, Cl−, HCO3−, urée et glucose sont très voisins. C’est ce qui explique que l’osmolalité interstitielle (≈ 300 mosmol/kg) est légèrement inférieure à l’osmolalité plasmatique (≈ 311 mosmol/kg).
Pourquoi le K+ domine-t-il à l’intérieur des cellules alors que le Na+ domine à l’extérieur ?
C’est le résultat du fonctionnement en permanence de la pompe Na+/K+-ATPase : elle expulse 3 Na+ et importe 2 K+ à chaque cycle, maintenant le Na+ essentiellement extracellulaire et le K+ essentiellement intracellulaire. Cette asymétrie ionique est à l’origine du potentiel de membrane de repos, traité dans le Chapitre 2 — Électrophysiologie cellulaire.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.