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Osmose Pression osmotique
1 Situation expérimentaleCalcul des flux
• Membrane imperméable au solutéT = 0 (mais perméable au solvant)
• n = nombre de moles du soluté par Kg de solvant
Solvant purSolution
Piston Membrane sélective
P2P1
1 2
P1 P2 les pressions
1er Cas P1 = P2
Par diffusion, un flux de solvant de 2 → 1 (le piston est repoussé vers la gauche)
Ce flux de solvant par diffusion est le phénomène d’ osmose
Calcul du flux osmotique
Loi de Fick ����2 1
SFlux D ∆C
e→ →
eS
D Coefficient de diffusion
e épaisseur de la membrane
Caractéristique de la membrane
∆∆∆∆C gradient des concentrations pondérales du solvant
0
02 n
n1f ========
0
01 nn
nf
++++====
00
0
nnn
nnn
-1fC++++
====++++
====∆∆∆∆====∆∆∆∆
12Flux → → → → Si n<<<<<<<<no
Or ∆∆∆∆C est approximativementproportionnelle à ∆∆∆∆f différence desfractions molaires du solvant
En 2 →
1 →
n0 = nbre de moles du solvant
n = nbre de moles du soluté
nK D S
no∼∼∼∼
0
nFlux K D S
n n2 1→→→→ ====++++
Si n0 est le nombre de moles de solvant par Kg, n représente la molalité du soluté
Le flux par diffusion, le flux osmotique → mesure la molalité du ou des solutés (avec un T = 0)
2ème Cas P1 ≠≠≠≠ P2
Au flux de diffusion, inchangé, s’ajoute algébriquement un flux de filtration
La somme algébrique de ces 2 flux → le flux net
� P1 < P2
∆∆∆∆P = P1 - P2 < 0Les deux flux vont dans le même
sens. Le flux net > flux de diffusion (flux osmotique)
� P1 > P2
∆∆∆∆P positifLe flux de filtration s’oppose au
flux de diffusionSelon la différence Ff - Fd
Flux net exosmose si ∆∆∆∆P>>>>>>>>0 1 →2 Ff > Fd
Flux net endosmose si ∆∆∆∆P ~ 02 →1 Ff < Fd (le solvant
sera plus concentré en 2, donc il repasse en 1)
Osmomètre de DutrochetFe :flux d'eau entrant (endosmose) eauFs : flux d'eau sortant (exosmose) sucre
ρρρρgh = pression osmotique
3ème Cas Conditions d’équilibre
Quelle doit être la différence de pression telle que le flux net soit nul ?
Flux de diffusion = flux de filtration
∆PSK"f
nn
DSK'f
f
0d
====
====
osmotiquepressionTnn
K∆PΠ0
============
fKT
D ====
T = température
On fait rentrer ttes les cstes dans K et on fait apparaître T qui est proportionnelle à D
n = nombre de moles du solutén0 = nombre de moles par unité de masse du solvant
Par définition : on appelle pressionosmotique la différence depression nécessaire et suffisantepour que le flux de filtrationcompense exactement le flux dediffusion
Pour une membrane donnée, à uneT° donnée la pression osmotique,est proportionnelle à nElle permet de dénombrer lenombre de particules disperséesdans l’unité de masse de solvantpour lesquelles T la transmittanceest nulle(La solution est diluée)
Parler de pression osmotique n’apas de sens si l’on ne précise pasla membrane en cause.
TMC
KΠ
mTKΠ
m
m
====
====
iim
m
mpΣTKΠ
mTpKΠ
========
++++==== ∑∑∑∑∑∑∑∑
jJ
iim m'mTKΠ
Expressions de la Pression osmotique
• Un seul soluté neutre
m = molalité (T=0)
C = Conc. Pondérale par kg de solvant
Km (const. dépend du solvant)
• Electrolyte(s) (transmittance nulle)
(T température)
p ou p i = nombre d’ions produits par dissociation
• Cas général
Osmolalité de la solution
jjj mp'm ==== m i = solutés neutres
RTmΠ r====
2 Loi de Van’t Hoff
• Autre loi de la Pression osmotique
• - exacte
• + simple
Vn
Vn
m ir ======== Σ
La Constante est indépendante dusolvant, et est égale à la constante desgaz parfaits « R » DONC
mr est l’osmolarité totale des solutésde transmittance nulle. Le solvant estl’eau
���� ΠΠΠΠ V = n R T
Loi de Van ‘T Hoff → analogie avec la loi des gaz parfaits ( ΠΠΠΠ = Pgaz)→ rien d’étonnantEinstein :
les molécules tendent à occuper tout le volume offert
IntérêtÀ 0°c, 1 mol/l donne une pression de 22.4 atmosphères
Limites (molalité ou molarité)ces 2 notions peuvent être confondues si les 2 conditions sont simultanément vérifiées- Solution diluée : 1 litre de solution ≈≈≈≈ 1 litre de solvant- Le solvant est l’eau
1 litre d’eau ≈≈≈≈ 1 Kg à 0°CImpossible d’appliquer la loi de Van ‘T Hoff au plasma (6% protéines)
1 litre de plasma = 0.94 l d’eau
fTk
D ====
Impossible d’afficher l’image.Impossible d’afficher l’image.
La loi de Van’t Hoff ne peut s’appliquer au plasma
→ sans précaution
ExempleProtéine Masse molaire = M = 68 000Cp = 68 g/l à T = 27° c
Π = ?
Molarité
À 0°1 mole → ΠΠΠΠ = 22.4 atm
= 2.27 106 Pascals10-3 mole → ΠΠΠΠ = 2.27 103 Pascals (23 cm d'eau)(1.013 105 Pa ≈≈≈≈ 105 Pa ≈≈≈≈ 10 m d’eau)
À 27°
M
C10
p3 ====−−−−
Pascals102.5
273300
x102.27Π
3
3
====
====
0Hd'cm25Π 2====
Remarque 1
• Parler de pression osmotique n’a desens que si l’on précise la membrane.C’est-à-dire la transmittance T du oudes solutés pour la membraneconsidérée
• Concentration osmolaire sous entend – Une membrane hémiperméable– Une solution diluée
n << n0
– Le solvant est l’eau1 litre de solution ≈≈≈≈1 Kg d’eau à ≈≈≈≈ 0°
Sinon
Osmolarité ≠ Osmolalité
Remarque 2
Exemple du plasma sanguin
On parle souvent de pression osmotique du plasma → ce qui exprime la pression osmotique développée contre l’eau pure à travers une membrane hémiperméable qui ne laisse passer que l’eau
Une telle membrane n’existe pas
la paroi de l’hématie : laisse passer l’urée et le glucose
Paroi capillaire laisse passerglomérule rénal toutes les
petites molécules
Dans ce dernier cas, le soluté se limite aux macromolécules ����
Pression oncotique– 3.7 KPa– 28 mm Hg– 38 cm d’eau
Molarité ou MolalitéPlasmatique
Osmolarité ou osmolalité
Solution non diluée, 1 litre de plasma necontient que 0.94 litre d’eau. (lesprotéines occupent 6 % du volume)
���� notions qui ne doivent pasêtre confondues pour leplasma
3 Modification du schéma expérimental
Notion de Solution isotonique
n1 > n2 donc le solvant passe de 2 ���� 1
Différence des fractions molaires du solvant
����
La pression osmotique est égale à ladifférence des pressions osmotiques dechacune des deux solutions opposées, àtravers la même membrane, à du solvantpur
0
21
01
0
02
0
nnn
nnn
nnn −−−−≈≈≈≈
++++−−−−
++++
(((( ))))21m nnTK −−−−====ππππ
Sol 1 Sol 2
n1 n2
Solutions diluées
n1, n2 molalitésdu soluté
n1 > n2 , T = 0
Surpression à
exercer en 1
� Si n1 = n2
Il n’y a pas de flux à travers la membrane
Les 2 solutions sont dites isotoniques
� Si n1 ≠ n2
Flux de solvant du compartiment le –concentré vers celui le + concentré
+ concentré (soluté) sol. Hypertonique- concentré (soluté) sol. Hypotonique
Exemple
• Hématies (Cellules) : plongéesdans une solution de tonicité ≠ decelle intracellulaire
• Solution hypertonique > 9 g l -1 deCl Na
Vol.hématies ���� elles se ratatinent
• Milieu hypotoniquevol. Hématies ���� ���� éclatementHémolyse d’origine osmotique
courbe d’hémolysea = hématies normalesb = hématies pathologiques caractéristique de la maladie de
MINKOWSKI-CHAUFFARDLa plus fréquente des anémies hémolytiques; Fragilité accrue de GR; résistance globulaire diminuée(8 g/l concentration voisine du sérum physiologique)
NaCl g/l
100 % proportion d'hématies lysées
78 6 5 4 3
ab
3.4 Cryoscopie
� L’interface eau-glace peut êtreconsidérée comme une membranehémiperméable
� A 0° l’équilibre eau-glace est unéquilibre dynamique où secompensent deux flux moléculairesopposés
� Si l’eau contient un soluté, le flux eau→ glace est diminué, l’équilibre estrompu, la glace fond
���� abaissement du point decongélation de la solution(phénomène cryoscopique)
� Loi de Raoult∆∆∆∆ θθθθ = Kc n
∆θ∆θ∆θ∆θ = abaissement du point de congélation
Kc , = constante cryoscopique(ne dépend que du solvant)
= - 1,86°C mol -1 pour l’eaun = osmolalité totale de tous les
solutés
� Exemple plasma∆∆∆∆ θθθθ mesurée = - 0.56° c
• La concentration totale
(la contribution des protéines est négligeable
≈≈≈≈ 1 mmol l -1 participe pour 2 .10 -3 degré celcius)
1moles.Kg0.3001.860.56
n −−−−====−−−−−−−−====
3.5 Comparaison - Loi de la Pression osmotique- Loi de la Cryoscopie
• Phénomènes de base identiques– Les lois de Raoult et de Van‘t Hoff
ne s’appliquent que pour des solutions idéales et diluées
– Elle permettent de dénombrer (colligative) les particules indépendantes dissoutes par unité de masse de solvant
C’est-à-dire mesurer des osmolalités
• Domaines d’applications pratiques très différents– Osmométrie :
sol.macromoléculaires (ΠΠΠΠ = 38 cm d'eau)
– Cryoscopie : sol. Micromoléculaires usuelles (osmolalité de 0.10 , la ΠΠΠΠest de 22,4 mètres d'eau)
Le pourquoi
L’osmométrie est inadéquate pour les solutions micromoléculaires• Impossibilité de trouver des
membranes hémiperméables• les pressions à mesurer seraient
énormes
Pour une solution 0.3 osmole ΠΠΠΠ = 0,3 x 22,4 m d’eau
L’osmométrie est très utilisée pour les solutions macromoléculaires• Facilité de trouver des membranes• conc. C/M toujours très petites
Pression oncotique = 25 cm d’H 2OPour conc ≈≈≈≈ 10-3 osmoles l -1
La cryoscopie est inadéquate pour les solutions macromoléculaires
C/M petit → faible participation à ∆∆∆∆ θθθθ
La cryoscopie → solutions micromo-léculaires usuelles
Sol.d’osmolalité = 0.10 ����
���� ∆∆∆∆ θθθθ = 0.186°C mesurable
3.7 Exemples biologiquesOsmose – Ultrafiltration
1ere Filtration glomérulaire
→ Membrane sélective• Perméable à l’eau + petites
molécules• T = 0 pour les molécules
protéiques→ Jeux de pressions → flux
• Pression hydrodynamique efficace = pression artérielle moyenne au niveau de l’artère afférente (75 mmHg)
• Pression hydrodynamique à l’intérieur de la capsule (5 mmHg)
Artère efférenteArtère afférente
Capsule cavité de BOWMAN
P art. eff. = 70 mm Hg= (75 – 5)
•Pression osmotique efficace plasmat.= Pression
oncotique25 mm Hg
Bilan•Conditions normales
∆∆∆∆P = 70 – 25 = 45 mm Hgflux de solvant vers la cavitéPar ultrafiltration → urine primitive
Le travail nécessaire à l’ultrafiltration est fourni par le muscle cardiaque
•Conditions pathologiques���� P art. ���� ���� ultrafiltration
anurie
Phénomène de STARLING
Physiopathologie des oedèmes
Pi = Pression interstitiellePv = Pression hydrostatique veineusePa = Pression hydrostatique artérielleΠΠΠΠo = Pression oncotiquePTA = Pression totale (versant artériel)PTV = Pression totale (versant veineux)
Versant VeineuxVersant artériel
Pa ΠΠΠΠoPTA PTV ΠΠΠΠo
PV
Pi Pi
Membrane sélectiveT = 0macromolécules
Forces – pression
PTA = Pa (- Pi) - (ΠΠΠΠo)
PTV = Pv (- Pi) - (ΠΠΠΠo)On peut négliger la Pi qui s'annule
BilanConditions normales :
Pa > Pv à l’entrée
Pa < Pv à la sortie
et PTA = PTV
•Versant artérielPTA = 7 mm Hg (32 – 25)
ΠΠΠΠo < Pa ���� flux de solvantdu compartiment sanguin vers lecompartiment interstitiel
•Versant veineuxPTV = 7 mm Hg (25 – 18)
ΠΠΠΠo > Pv ���� flux de solvant du C.Int. vers Compartiment sanguin
•Conditions physiologiques normalesLes 2 flux s’équilibrent
PTA = PTV
Le milieu interstitiel est balayé par un flux de solvant
���� échanges
� Conditions pathologiques Œdème
DéfinitionSurcharge hydrique du secteur interstitielGonflement indolore gardant le godet
CausesSurcharge hydrique globaleŒdème avec hypervolémieEx : surcharge en sérum ϕϕϕϕ
1er : Insuffisance cœur droit
PV = ���� flux de retour
Accumulation d’eau dans les tissus = œdème
Ex: Pv augmente (ex: 22 mmHg)
Pa - ΠΠΠΠ0 = 7 mmHg = P TA
Pv - ΠΠΠΠ0 = 22 – 25 = [- 3] = PTV
PTA > PTV donc œdème
2ième: De même obstacle sur veine cave
Pv augmente
3ième: Baisse de la concentration plasmatique des protéines
(hypoprotidémie, carence protéique, excés d’élimination urinaire, défaut de synthèse protéique (foie))
ΠΠΠΠ0 ���� ex = 21 mm Hg (N = 25)
PTA = Pa - ΠΠΠΠ0 = 32 – 21 = 9 mm Hg
PTV = PV – ΠΠΠΠ0 = 18 – 21 = - 3 mm Hg
PTA > PTV
4ième: Perméabilité anormale des capillaires
T ≠ 0 pour certaines protéines
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