Chapitre 1 — Solutions, compartiments et transports · Topic 2 : Compartiments liquidiens · Leçon 2.2
Comment mesurer expérimentalement le volume d’un compartiment liquidien qui, par définition, n’est pas directement accessible ? La réponse tient en une technique élégante : la méthode de dilution. Elle consiste à injecter une quantité connue d’un traceur sélectif, à laisser le système s’équilibrer, puis à mesurer la concentration obtenue pour en déduire le volume.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Connaître les 4 étapes du protocole de dilution ;
- Appliquer la formule générale V = (Qinj − Qexc) / (Céq − C0) et ses formes simplifiées ;
- Identifier le traceur adapté à chaque compartiment ;
- Calculer un volume plasmatique à partir de l’hématocrite ; éviter les pièges classiques.
🧭 Plan de la leçon
- Principe et protocole — les 4 étapes
- Formule de calcul
- Types de traceurs selon le compartiment
- Application numérique et pièges fréquents
1. Principe et protocole — les 4 étapes
La méthode repose sur le principe de conservation de la masse : la quantité de traceur injectée (moins ce qui est éliminé) se retrouve répartie dans le compartiment cible à une concentration mesurable.
- Injection : on injecte dans le compartiment plasmatique une quantité Qinj d’un traceur sélectif du compartiment à mesurer.
- Homogénéisation : on attend le délai nécessaire à l’équilibre de distribution du traceur dans le compartiment ; pendant ce temps, on recueille les excrétas (urines, etc.) et on mesure la quantité excrétée Qexc.
- Prélèvement et mesure : on effectue un prélèvement sanguin et on mesure la concentration molale plasmatique à l’équilibre Céq du traceur.
- Calcul : on applique la formule pour obtenir le volume V du compartiment.
2. Formule de calcul
Formule générale :
V = (Qinj − Qexc) / (Céq − C0)
où C0 est la concentration initiale du traceur avant injection.
Cas 1 — Traceur exogène (C0 = 0) : le traceur n’est pas présent normalement dans l’organisme.
V = (Qinj − Qexc) / Céq
Cas 2 — Traceur non excrété (Qexc = 0) et exogène (C0 = 0) :
V = Qinj / Céq
- Si Qinj est en grammes : convertir en moles en divisant par la masse molaire M.
- Si Qinj est en moles : utiliser directement, Céq en mol/kg.
- Si Qinj est en becquerels (traceur radioactif) : Céq s’exprime en Bq/L → V en litres.
3. Types de traceurs selon le compartiment
| Compartiment mesuré | Traceurs utilisés |
|---|---|
| Volume total d’eau (V) | Eau deutérée (D2O), antipyrine ; traceur endogène : urée marquée |
| Volume plasmatique (Vp) | Albumine marquée, bleu Evans, vert d’indocyanine |
| Eau extracellulaire (VEC) | Na+ radioactif* (peu pénétrant dans les cellules), sulfate SO42−* (plus fiable), mannitol |
| Volume globulaire | Tc-globules rouges (technétium marqué) |
| Volume intracellulaire (VIC) | Mesure indirecte : VIC = V − VEC |
| Volume interstitiel | Mesure indirecte : Vinterstitiel = VEC − Vp |
Un traceur idéal doit être :
- Chimiquement inerte et non métabolisé dans l’organisme ;
- Suffisamment petit pour se répartir uniformément dans l’espace à mesurer ;
- Spécifique du compartiment cible : il ne doit pas diffuser dans d’autres secteurs ;
- Détectable à faible concentration (souvent radioactif ou coloré).
4. Application numérique et pièges fréquents
Lorsqu’on prélève du sang pour doser Céq, il ne faut pas confondre volume sanguin et volume plasmatique. Si l’on prélève 10 mL de sang avec un hématocrite (Ht) de 30 % :
- Volume de globules rouges = 10 × 0,30 = 3 mL
- Volume de plasma = 10 × (1 − 0,30) = 7 mL
On ne dose le traceur que dans le plasma (7 mL), pas dans les globules rouges.
Le VIC et le volume interstitiel ne se mesurent jamais directement : aucun traceur connu ne reste exclusivement dans le secteur intracellulaire. On les obtient par différence :
- VIC = Vtotal − VEC
- Vinterstitiel = VEC − Vp
C’est pourquoi les erreurs sur Vtotal et VEC se cumulent dans le calcul de VIC.
🧠 À retenir absolument
- 4 étapes : injection Qinj → homogénéisation + recueil Qexc → mesure Céq → calcul V.
- Formule générale : V = (Qinj − Qexc) / (Céq − C0).
- Traceur exogène (C0 = 0) non excrété (Qexc = 0) : V = Qinj / Céq.
- Volume total d’eau : eau deutérée, antipyrine.
- Volume plasmatique : albumine marquée, bleu Evans, vert d’indocyanine.
- VEC : sulfate SO42− (plus fiable), Na+ radioactif, mannitol.
- VIC et Vinterstitiel : mesures indirectes par différence.
- Si Ht = 30 % et prélèvement de 10 mL : Vplasma = 7 mL.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi injecte-t-on le traceur dans le compartiment plasmatique et non directement dans le compartiment cible ?
Le compartiment plasmatique est le seul directement accessible par voie intraveineuse. Si le traceur est sélectif du compartiment à mesurer, il s’y redistribuera spontanément après injection. Par exemple, l’eau deutérée injectée par voie IV se répartit dans toute l’eau corporelle par simple diffusion transmembranaire. Le sulfate, lui, restera dans le secteur extracellulaire car il pénètre peu dans les cellules.
Pourquoi le sulfate est-il « plus fiable » que le Na+ pour mesurer le VEC ?
Le Na+ est théoriquement extracellulaire, mais la pompe Na+/K+-ATPase assure un faible flux entrant continu de Na+ dans les cellules. Ce flux, même modeste, suffit à surestimer légèrement le VEC. Le sulfate SO42− est moins perméant à travers la membrane cellulaire : il reste quasi exclusivement extracellulaire, ce qui le rend plus fiable pour borner précisément le VEC.
Que se passe-t-il si on n’attend pas assez longtemps avant de prélever Céq ?
Si le délai d’homogénéisation est insuffisant, le traceur n’est pas encore uniformément distribué dans le compartiment. La concentration mesurée Céq sera plus élevée que la vraie valeur à l’équilibre (le traceur est encore concentré près du point d’injection). On obtiendrait donc un volume V sous-estimé (V = Qinj/Céq : si Céq est trop grand, V est trop petit). Attendre l’équilibre complet est donc indispensable.
Peut-on utiliser un traceur radioactif chez l’être humain ?
Oui, sous conditions : les traceurs radioactifs (albumine marquée à l’iode 125, Tc-globules rouges, Na+ radioactif) sont utilisés en médecine nucléaire à des doses très faibles, choisies pour que la dosimétrie reste bien en dessous des seuils réglementaires. La radioactivité n’est pas une exigence absolue pour un traceur ; elle facilite simplement la détection à très faible concentration.
Comment calcule-t-on le VIC si on ne peut pas l’injecter directement ?
On ne mesure pas le VIC directement. On utilise deux mesures indépendantes : (1) le volume total d’eau V avec de l’eau deutérée ou de l’antipyrine ; (2) le VEC avec du sulfate ou du mannitol. On en déduit VIC = V − VEC. De même, le volume interstitiel = VEC − Vp, en mesurant Vp avec de l’albumine marquée ou du bleu Evans.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.