26.3 : Équilibre électrolytique

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Objectifs d'apprentissage

Énumérez le rôle des six électrolytes les plus importants dans le corps
Nommez les troubles associés à des taux anormalement élevés et faibles des six électrolytes
Identifier l'anion extracellulaire prédominant
Décrire le rôle de l'aldostérone sur le niveau d'eau dans le corps

Le corps contient une grande variété d'ions, ou électrolytes, qui remplissent diverses fonctions. Certains ions contribuent à la transmission des impulsions électriques le long des membranes cellulaires des neurones et des muscles. D'autres ions aident à stabiliser les structures protéiques des enzymes. D'autres encore aident à libérer des hormones par les glandes endocrines. Tous les ions présents dans le plasma contribuent à l'équilibre osmotique qui contrôle le mouvement de l'eau entre les cellules et leur environnement.

Les électrolytes des systèmes vivants comprennent le sodium, le potassium, le chlorure, le bicarbonate, le calcium, le phosphate, le magnésium, le cuivre, le zinc, le fer, le manganèse, le molybdène, le cuivre et le chrome. En termes de fonctionnement corporel, six électrolytes sont les plus importants : le sodium, le potassium, le chlorure, le bicarbonate, le calcium et le phosphate.

Rôles des électrolytes

Ces six ions contribuent à l'excitabilité nerveuse, à la sécrétion endocrinienne, à la perméabilité des membranes, à la protection des fluides corporels et au contrôle du mouvement des fluides entre les compartiments. Ces ions pénètrent dans l'organisme par le tube digestif. Plus de 90 pour cent du calcium et du phosphate qui pénètrent dans l'organisme sont incorporés dans les os et les dents, les os servant de réserve minérale pour ces ions. Si le calcium et le phosphate sont nécessaires à d'autres fonctions, le tissu osseux peut être décomposé pour alimenter le sang et les autres tissus en ces minéraux. Le phosphate est un constituant normal des acides nucléiques ; par conséquent, les taux sanguins de phosphate augmentent chaque fois que les acides nucléiques sont dégradés.

L'excrétion des ions se fait principalement par les reins, des quantités moindres étant perdues dans la sueur et dans les matières fécales. Une transpiration excessive peut entraîner une perte importante, en particulier de sodium et de chlorure. Des vomissements sévères ou de la diarrhée peuvent entraîner une perte d'ions chlorure et bicarbonate. Des ajustements des fonctions respiratoires et rénales permettent à l'organisme de réguler les niveaux de ces ions dans l'ECF.

Le tableau\(\PageIndex{1}\) répertorie les valeurs de référence pour le plasma sanguin, le liquide céphalorachidien (LCR) et l'urine pour les six ions abordés dans cette section. En milieu clinique, le sodium, le potassium et le chlorure sont généralement analysés dans un échantillon d'urine de routine. En revanche, l'analyse du calcium et du phosphate nécessite un prélèvement d'urine sur une période de 24 heures, car la production de ces ions peut varier considérablement au cours d'une journée. Les valeurs urinaires reflètent les taux d'excrétion de ces ions. Le bicarbonate est le seul ion qui n'est normalement pas excrété dans l'urine ; il est plutôt conservé par les reins pour être utilisé dans les systèmes tampons de l'organisme.

Tableau\(\PageIndex{1}\) : Valeurs de référence pour les électrolytes et
Nom	Symbole chimique	Plasma	CSF	Urine
Sodium	Na ⁺	136,00 — 146,00 (mM)	138,00 à 150,00 (mM)	40,00 à 220,00 (mM)
Du potassium	K ⁺	3,50 à 5,00 (mM)	0,35 à 3,5 (mM)	25,00 à 125,00 (mm)
chlorure	Cl ^-	98,00—107,00 (mM)	18,00 à 132,00 (mm)	110,00 à 250,00 (mM)
Du bicarbonate	HCO ₃ ^-	22,00—29,00 (mM)	—	—
Du calcium	Ca ⁺⁺	2,15-2,5 (mmol/jour)	—	Jusqu'à 7,49 (mmol/jour)
phosphate	HP 2 − 4	0,81 à 1,45 (mmol/jour)	—	12,90 à 42,00 (mmol/jour)

Sodium

Le sodium est le cation principal du liquide extracellulaire. Il est responsable de la moitié du gradient de pression osmotique qui existe entre l'intérieur des cellules et leur environnement environnant. Les personnes suivant un régime alimentaire occidental typique, très riche en NaCl, consomment régulièrement 130 à 160 mmol/jour de sodium, mais les humains n'en ont besoin que de 1 à 2 mmol/jour. Cet excès de sodium semble être un facteur majeur d'hypertension (pression artérielle élevée) chez certaines personnes. L'excrétion du sodium se fait principalement par les reins. Le sodium est filtré librement par les capillaires glomérulaires des reins et, bien qu'une grande partie du sodium filtré soit réabsorbée dans le tubule alambiqué proximal, une partie reste dans le filtrat et l'urine et est normalement excrétée.

L'hyponatrémie est une concentration de sodium inférieure à la normale, généralement associée à une accumulation excessive d'eau dans l'organisme, qui dilue le sodium. Une perte absolue de sodium peut être due à une diminution de l'absorption de l'ion associée à son excrétion continue dans les urines. Une perte anormale de sodium dans l'organisme peut résulter de plusieurs affections, notamment une transpiration excessive, des vomissements ou de la diarrhée ; l'utilisation de diurétiques ; une production excessive d'urine, qui peut survenir en cas de diabète ; et une acidose, qu'il s'agisse d'une acidose métabolique ou d'une acidocétose diabétique.

Une diminution relative du sodium dans le sang peut se produire en raison d'un déséquilibre du sodium dans l'un des autres compartiments liquides de l'organisme, comme l'IF, ou d'une dilution du sodium due à une rétention d'eau liée à un œdème ou à une insuffisance cardiaque congestive. Au niveau cellulaire, l'hyponatrémie entraîne une augmentation de l'entrée d'eau dans les cellules par osmose, car la concentration de solutés dans la cellule dépasse la concentration de solutés dans l'ECF maintenant dilué. L'excès d'eau provoque un gonflement des cellules ; le gonflement des globules rouges, diminuant leur capacité à transporter l'oxygène et les rendant potentiellement trop gros pour passer dans les capillaires, ainsi que le gonflement des neurones du cerveau peuvent entraîner des lésions cérébrales, voire la mort.

L'hypernatrémie est une augmentation anormale du sodium dans le sang. Elle peut résulter d'une perte d'eau dans le sang, entraînant l'hémoconcentration de tous les constituants sanguins. Les déséquilibres hormonaux impliquant l'ADH et l'aldostérone peuvent également entraîner des valeurs de sodium supérieures à la normale.

Du potassium

Le potassium est le principal cation intracellulaire. Il aide à établir le potentiel de la membrane au repos dans les neurones et les fibres musculaires après la dépolarisation de la membrane et les potentiels d'action. Contrairement au sodium, le potassium a très peu d'effet sur la pression osmotique. Les faibles taux de potassium dans le sang et le LCR sont dus aux pompes sodium-potassium présentes dans les membranes cellulaires, qui maintiennent les gradients de concentration de potassium normaux entre l'ICF et l'ECF. La dose et la consommation quotidiennes recommandées de potassium sont de 4 700 mg. Le potassium est excrété, à la fois activement et passivement, par les tubules rénaux, en particulier le tubule alambiqué distal et les canaux collecteurs. Le potassium participe à l'échange avec le sodium dans les tubules rénaux sous l'influence de l'aldostérone, qui repose également sur des pompes basolatérales sodium-potassium.

L'hypokaliémie est un taux de potassium sanguin anormalement bas. Comme dans le cas de l'hyponatrémie, l'hypokaliémie peut survenir en raison d'une réduction absolue du potassium dans le corps ou d'une réduction relative du potassium dans le sang due à la redistribution du potassium. Une perte absolue de potassium peut résulter d'une diminution de la consommation, souvent liée à la famine. Elle peut également provenir de vomissements, de diarrhée ou d'alcalose.

Certains patients diabétiques insulinodépendants présentent une réduction relative du potassium dans le sang en raison de la redistribution du potassium. Lorsque l'insuline est administrée et que le glucose est absorbé par les cellules, le potassium traverse la membrane cellulaire avec le glucose, diminuant ainsi la quantité de potassium dans le sang et l'IF, ce qui peut provoquer une hyperpolarisation des membranes cellulaires des neurones, réduisant ainsi leurs réponses aux stimuli.

L'hyperkaliémie, c'est-à-dire un taux élevé de potassium dans le sang, peut également altérer le fonctionnement des muscles squelettiques, du système nerveux et du cœur. L'hyperkaliémie peut résulter d'une augmentation de l'apport alimentaire en potassium. Dans une telle situation, le potassium du sang se retrouve dans l'ECF à des concentrations anormalement élevées. Cela peut entraîner une dépolarisation partielle (excitation) de la membrane plasmique des fibres musculaires squelettiques, des neurones et des cellules cardiaques du cœur, et peut également entraîner une incapacité des cellules à se repolariser. Pour le cœur, cela signifie qu'il ne se relâchera pas après une contraction et qu'il « saisira » et arrêtera de pomper le sang, ce qui est fatal en quelques minutes. En raison de ces effets sur le système nerveux, une personne atteinte d'hyperkaliémie peut également présenter une confusion mentale, un engourdissement et un affaiblissement des muscles respiratoires.

chlorure

Le chlorure est l'anion extracellulaire prédominant. Le chlorure contribue largement au gradient de pression osmotique entre l'ICF et l'ECF et joue un rôle important dans le maintien d'une hydratation adéquate. Le chlorure a pour fonction d'équilibrer les cations dans l'ECF, préservant ainsi la neutralité électrique de ce fluide. Les voies de sécrétion et de réabsorption des ions chlorure dans le système rénal suivent les voies des ions sodium.

Une hypochlorémie, ou des taux de chlorure dans le sang inférieurs à la normale, peuvent survenir en raison d'une absorption tubulaire rénale défectueuse. Les vomissements, la diarrhée et l'acidose métabolique peuvent également entraîner une hypochlorémie. Une hyperchlorémie, ou des taux de chlorure dans le sang supérieurs à la normale, peuvent survenir en raison de la déshydratation, d'une consommation excessive de sel alimentaire (NaCl) ou de la déglutition d'eau de mer, d'une intoxication à l'aspirine, d'une insuffisance cardiaque congestive et d'une maladie pulmonaire chronique héréditaire, la mucoviscidose. Chez les personnes atteintes de mucoviscidose, le taux de chlorure dans la sueur est deux à cinq fois supérieur à la normale, et l'analyse de la sueur est souvent utilisée pour diagnostiquer la maladie.

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Regardez cette vidéo pour découvrir une explication de l'effet de l'eau de mer sur les humains. Quel est l'effet de la consommation d'eau de mer sur le corps ?

Du bicarbonate

Le bicarbonate est le deuxième anion le plus abondant dans le sang. Sa fonction principale est de maintenir l'équilibre acido-basique de votre corps en faisant partie de systèmes tampons. Ce rôle sera abordé dans une autre section.

Les ions bicarbonate résultent d'une réaction chimique qui commence par le dioxyde de carbone (CO ₂) et l'eau, deux molécules produites à la fin du métabolisme aérobie. Seule une petite quantité de CO ₂ peut être dissoute dans les fluides corporels. Ainsi, plus de 90 pour cent du CO ₂ est converti en ions bicarbonate, HCO ₃ ^—, par les réactions suivantes :

\[CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H_2CO_3^- + H^+\]

Les flèches bidirectionnelles indiquent que les réactions peuvent aller dans les deux sens, en fonction des concentrations des réactifs et des produits. Le dioxyde de carbone est produit en grande quantité dans les tissus qui ont un taux métabolique élevé. Le dioxyde de carbone est transformé en bicarbonate dans le cytoplasme des globules rouges par l'action d'une enzyme appelée anhydrase carbonique. Le bicarbonate est transporté dans le sang. Une fois dans les poumons, les réactions s'inversent et le CO ₂ est régénéré à partir du bicarbonate pour être exhalé sous forme de déchets métaboliques.

Du calcium

Environ deux livres de calcium dans votre corps sont liées aux os, ce qui donne de la dureté aux os et sert de réserve minérale pour le calcium et ses sels pour le reste des tissus. Les dents contiennent également une forte concentration de calcium. Un peu plus de la moitié du calcium sanguin est lié aux protéines, laissant le reste sous forme ionisée. Les ions calcium, Ca ²⁺, sont nécessaires à la contraction musculaire, à l'activité enzymatique et à la coagulation sanguine. De plus, le calcium aide à stabiliser les membranes cellulaires et est essentiel à la libération de neurotransmetteurs par les neurones et d'hormones par les glandes endocrines.

Le calcium est absorbé par les intestins sous l'influence de la vitamine D activée. Une carence en vitamine D entraîne une diminution du calcium absorbé et, à terme, un épuisement des réserves de calcium du système squelettique, ce qui peut entraîner le rachitisme chez les enfants et l'ostéomalacie chez les adultes, contribuant ainsi à ostéoporose.

Une hypocalcémie, ou un taux de calcium sanguin anormalement bas, est observée en cas d'hypoparathyroïdie, qui peut suivre l'ablation de la glande thyroïde, car les quatre nodules de la glande parathyroïde y sont intégrés. Une hypercalcémie, ou des taux anormalement élevés de calcium dans le sang, est observée dans l'hyperparathyroïdie primaire. Certaines tumeurs malignes peuvent également entraîner une hypercalcémie.

phosphate

Le phosphate est présent dans l'organisme sous trois formes ioniques : H ₂ PO ₄, HPO ₄ ^2- et PO ₄ ^3-. La forme la plus courante est l'HPO ₄ ². Les os et les dents lient 85 % du phosphate de l'organisme sous forme de sels de phosphate de calcium. Le phosphate se trouve dans les phospholipides, tels que ceux qui constituent la membrane cellulaire, ainsi que dans l'ATP, les nucléotides et les tampons.

L'hypophosphatémie, ou taux anormalement bas de phosphate dans le sang, survient lors d'une utilisation intensive d'antiacides, lors du sevrage alcoolique et en cas de malnutrition. En cas de déplétion en phosphate, les reins conservent généralement le phosphate, mais pendant la famine, cette conservation est considérablement altérée. Une hyperphosphatémie, ou une augmentation anormale des taux de phosphates dans le sang, survient en cas de diminution de la fonction rénale ou en cas de leucémie lymphoïde aiguë. De plus, étant donné que le phosphate est un constituant majeur de l'ICF, toute destruction importante de cellules peut entraîner le rejet de phosphate dans l'ECF.

Régulation du sodium et du potassium

Le sodium est réabsorbé par le filtrat rénal et le potassium est excrété dans le filtrat dans le tubule collecteur rénal. Le contrôle de cet échange est principalement régi par deux hormones : l'aldostérone et l'angiotensine II.

Aldostérone

Rappelons que l'aldostérone augmente l'excrétion de potassium et la réabsorption du sodium dans le tubule distal. L'aldostérone est libérée si le taux sanguin de potassium augmente, si le taux de sodium dans le sang diminue fortement ou si la pression artérielle diminue. Son effet net est de conserver et d'augmenter les niveaux d'eau dans le plasma en réduisant l'excrétion de sodium, et donc d'eau, par les reins. Dans une boucle de rétroaction négative, l'osmolalité accrue de l'ECF (qui fait suite à l'absorption du sodium stimulée par l'aldostérone) inhibe la libération de l'hormone (Figure\(\PageIndex{1}\)).

Angiotensine II

L'angiotensine II provoque une vasoconstriction et une augmentation de la pression artérielle systémique. Cette action augmente le taux de filtration glomérulaire, ce qui entraîne une plus grande quantité de matière filtrée hors des capillaires glomérulaires vers la capsule de Bowman. L'angiotensine II signale également une augmentation de la libération d'aldostérone par le cortex surrénalien.

Dans les tubules alambiqués distaux et les canaux collecteurs des reins, l'aldostérone stimule la synthèse et l'activation de la pompe sodium-potassium (Figure\(\PageIndex{2}\)). Le sodium passe du filtrat dans et à travers les cellules des tubules et des canaux, dans l'ECF puis dans les capillaires. L'eau suit le sodium dû à l'osmose. Ainsi, l'aldostérone entraîne une augmentation du taux de sodium dans le sang et du volume sanguin. L'effet de l'aldostérone sur le potassium est inverse de celui du sodium ; sous son influence, l'excès de potassium est pompé dans le filtrat rénal pour être excrété par l'organisme.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Le système rénine-angiotensine. L'angiotensine II stimule la libération d'aldostérone par le cortex surrénalien.

Régulation du calcium et du phosphate

Le calcium et le phosphate sont tous deux régulés par l'action de trois hormones : l'hormone parathyroïdienne (PTH), la dihydroxyvitamine D (calcitriol) et la calcitonine. Les trois sont libérés ou synthétisés en réponse aux taux de calcium dans le sang.

La PTH est libérée par la glande parathyroïde en réponse à une diminution de la concentration de calcium dans le sang. L'hormone active les ostéoclastes pour décomposer la matrice osseuse et libérer des sels inorganiques de phosphate de calcium. La PTH augmente également l'absorption gastro-intestinale du calcium alimentaire en convertissant la vitamine D en dihydroxyvitamine D (calcitriol), une forme active de vitamine D dont les cellules épithéliales intestinales ont besoin pour absorber le calcium.

La PTH augmente le taux de calcium dans le sang en inhibant la perte de calcium par les reins. La PTH augmente également la perte de phosphate par les reins.

La calcitonine est libérée par la glande thyroïde en réponse à des taux élevés de calcium dans le sang. L'hormone augmente l'activité des ostéoblastes, qui éliminent le calcium du sang et incorporent le calcium dans la matrice osseuse.

Révision du chapitre

Les électrolytes ont diverses fonctions, notamment en aidant à conduire les impulsions électriques le long des membranes cellulaires des neurones et des muscles, en stabilisant les structures enzymatiques et en libérant des hormones par les glandes endocrines. Les ions présents dans le plasma contribuent également à l'équilibre osmotique qui contrôle le mouvement de l'eau entre les cellules et leur environnement. Les déséquilibres de ces ions peuvent entraîner divers problèmes dans l'organisme et leurs concentrations sont étroitement régulées. L'aldostérone et l'angiotensine II contrôlent l'échange de sodium et de potassium entre le filtrat rénal et le tubule collecteur rénal. Le calcium et le phosphate sont régulés par la PTH, le calcitrol et la calcitonine.

Questions sur les liens interactifs

Q. Regardez cette vidéo pour voir une explication de l'effet de l'eau de mer sur les humains. Quel est l'effet de la consommation d'eau de mer sur le corps ?

Réponse : Boire de l'eau de mer déshydrate le corps car celui-ci doit faire passer le sodium par les reins et l'eau s'ensuit.

Questions de révision

Q. L'os sert de réserve minérale pour quels deux ions ?

A. sodium et potassium

B. calcium et phosphate

C. chlorure et bicarbonate

D. calcium et bicarbonate

Réponse : B

Q. Les électrolytes sont perdus principalement par ________.

A. fonction rénale

B. transpiration

C. excréments

D. respiration

Réponse : A

Q. Le cation principal du liquide extracellulaire est ________.

A. sodium

B. potassium

Chlorure C.

D. bicarbonate

Réponse : A

Q. Le cation principal du liquide intracellulaire est ________.

A. sodium

B. potassium

Chlorure C.

D. bicarbonate

Réponse : B

Q. Le principal anion du liquide extracellulaire est ________.

A. sodium

B. potassium

Chlorure C.

D. bicarbonate

Réponse : C

Q. La majeure partie du calcium du corps se trouve dans ________.

A. dents

B. os

C. plasma

D. fluides extracellulaires

Réponse : B

Q. L'augmentation anormale du taux de sodium dans le sang est appelée ________.

A. hyperkaliémie

B. hyperchlorémie

C. hypernatrémie

D. hypercalcémie

Réponse : C

Q. L'ion dont le taux sanguin est le plus bas est ________.

A. sodium

B. potassium

Chlorure C.

D. bicarbonate

Réponse : B

Q. Quels sont les deux ions les plus affectés par l'aldostérone ?

A. sodium et potassium

B. chlorure et bicarbonate

C. calcium et phosphate

D. sodium et phosphate

Réponse : A

Questions sur la pensée critique

Q. Expliquez comment le CO ₂ produit par les cellules et expiré dans les poumons est transporté dans le sang sous forme de bicarbonate.

R. Très peu de dioxyde de carbone présent dans le sang est transporté dissous dans le plasma. Il est transformé en acide carbonique puis en bicarbonate afin de se mélanger au plasma pour être transporté vers les poumons, où il retrouve sa forme gazeuse.

Q. Comment peut-on avoir un déséquilibre dans une substance sans avoir réellement des niveaux élevés ou déficients de cette substance dans l'organisme ?

R. Sans excès ou déficience absolue d'une substance, on peut avoir trop ou trop peu de cette substance dans un compartiment donné. Une telle augmentation ou diminution relative est due à une redistribution de l'eau ou des ions dans les compartiments de l'organisme. Cela peut être dû à la perte d'eau dans le sang, entraînant une hémoconcentration ou une dilution de l'ion dans les tissus en raison d'un œdème.

Lexique

dihydroxyvitamine D: forme active de vitamine D requise par les cellules épithéliales intestinales pour l'absorption du calcium

hypercalcémie: augmentation anormale du taux de calcium dans le sang

hyperchlorémie: taux de chlorure dans le sang plus élevés que la normale

hyperkaliémie: taux de potassium sanguin plus élevé que la normale

hypernatrémie: augmentation anormale du taux de sodium dans le sang

hyperphosphatémie: augmentation anormale des taux de phosphate dans le sang

hypocalcémie: taux de calcium dans le sang anormalement bas

hypochlorémie: taux de chlorure dans le sang inférieurs à la normale

hypokaliémie: diminution anormale du taux de potassium dans le sang

hyponatrémie: taux de sodium dans le sang inférieurs à la normale

hypophosphatémie: taux de phosphate sanguin anormalement bas