En physiologie, l’osmose (en grec pour pousser) est le mouvement net de l’eau à travers une membrane semi-perméable. [1] [2] À travers cette membrane, l’eau aura tendance à passer d’une zone de forte concentration à une zone de faible concentration. Il est important de souligner que l’osmose idéale ne nécessite que le mouvement de l’eau pure à travers la membrane sans aucun mouvement de particules de soluté à travers la membrane semi-perméable. L’osmose peut encore se produire avec une certaine perméabilité des particules de soluté, mais l’effet osmotique est réduit avec une plus grande perméabilité du soluté à travers la membrane semi-perméable. Il est également vrai qu’à un moment précis dans le temps, les molécules d’eau peuvent se déplacer vers les solutions de concentration supérieure ou inférieure, mais le mouvement net de l’eau se fera vers la concentration de soluté plus élevée. Le compartiment avec le soluté le plus élevé et la plus faible concentration en eau a la pression osmotique la plus élevée. La pression osmotique peut être calculée avec l’équation de van ‘t Hoff, qui indique que la pression osmotique dépend du nombre de particules de soluté, de la température et de la capacité d’une particule de soluté à se déplacer à travers une membrane. Son osmolalité mesurée peut décrire la pression osmotique d’une solution. L’osmolalité d’une solution décrit le nombre de particules dissoutes dans la solution. Le coefficient de réflexion d’une membrane semi-perméable décrit la façon dont les solutés imprègnent la membrane. Ce coefficient varie de 0 à 1. Un coefficient de réflexion de 1 signifie qu’un soluté est imperméable. Un coefficient de réflexion de 0 signifie qu’un soluté peut être librement perméable, et le soluté ne peut pas générer de pression osmotique à travers la membrane. [2] Le compartiment avec la plus grande pression osmotique attirera l’eau et tendra à égaliser la différence de concentration de soluté entre les compartiments. La force motrice physique de l’osmose est l’augmentation de l’entropie générée par le mouvement des molécules d’eau libres. On pense également que l’interaction des particules de soluté avec les pores de la membrane est impliquée dans la génération d’une pression négative, qui est la pression osmotique entraînant l’écoulement de l’eau. [3] L’osmose inverse se produit lorsque l’eau est forcée de s’écouler dans la direction opposée. En osmose inverse, l’eau s’écoule dans le compartiment avec une pression osmotique plus faible et une concentration d’eau plus élevée. Cet écoulement n’est possible qu’avec l’application d’une force externe au système. L’osmose inverse est couramment utilisée pour purifier l’eau potable et nécessite un apport d’énergie. [4] Le concept d’osmose ne doit pas être confondu avec la diffusion. La diffusion est le mouvement net des particules d’une zone de concentration élevée à faible. On peut considérer l’osmose comme un type spécifique de diffusion. L’osmose et la diffusion sont des processus passifs et impliquent le mouvement de particules d’une zone de concentration élevée à faible. [2] [5]

Cellulaire

Le taux d’osmose dépend toujours de la concentration de soluté. Le processus est illustré en comparant une solution environnementale ou externe à la concentration interne trouvée dans le corps. Une solution hypertonique est une solution externe qui a une concentration élevée en soluté et une faible concentration en eau par rapport aux fluides corporels. Dans une solution hypertonique, le mouvement net de l’eau sera hors du corps et dans la solution. Une cellule placée dans une solution hypertonique se ratatinera et mourra par un processus connu sous le nom de plasmolyse. Une solution isotonique est une solution externe qui a la même concentration de soluté et la même concentration d’eau que les fluides corporels. Dans une solution isotonique, aucun mouvement net d’eau n’aura lieu. Une solution tonique hypotonique est une solution externe qui a une faible concentration en soluté et une concentration en eau élevée par rapport aux fluides corporels. Dans les solutions hypotoniques, il y a un mouvement net de l’eau de la solution vers le corps. Une cellule placée dans une solution hypotonique gonfle et se dilate jusqu’à ce qu’elle éclate par un processus appelé cytolyse. Ces trois exemples de différentes concentrations de soluté fournissent une illustration du spectre du mouvement de l’eau basé sur la concentration de soluté à travers le processus d’osmose. Le corps doit donc réguler les concentrations de soluté pour éviter d’endommager les cellules et contrôler le mouvement de l’eau si nécessaire.

Résumé des globules rouges placés dans des solutions hypertoniques, isotoniques et hypotoniques.

-Hypertonique

Une solution hypertonique a une concentration en soluté plus élevée que la concentration en soluté intracellulaire. Lorsque vous placez un globule rouge dans une solution hypertonique, il y aura un mouvement d’eau libre hors de la cellule et dans la solution. Ce mouvement se produit par osmose car la cellule a plus d’eau libre que la solution. Une fois que les solutions sont autorisées à s’équilibrer, le résultat sera une cellule avec un volume global plus faible. Le volume restant à l’intérieur de la cellule aura une concentration de soluté plus élevée et la cellule apparaîtra ratatinée sous le microscope. La solution sera plus diluée qu’à l’origine. Le processus global est connu sous le nom de plasmolyse.

-Isotonique

Une solution isotonique a la même concentration de soluté que la concentration intracellulaire de soluté. Lorsqu’un globule rouge est placé dans une solution isotonique, il n’y aura pas de mouvement net d’eau. La concentration en soluté et en eau est égale à la fois intracellulaire et extracellulaire ; par conséquent, il n’y aura pas de mouvement net d’eau vers la solution ou la cellule. La cellule et l’environnement qui l’entoure sont en équilibre et la cellule doit rester inchangée au microscope.

-Hypotonique

Une solution hypotonique a une concentration de soluté inférieure par rapport à la concentration de soluté intracellulaire. Lorsqu’un globule rouge est placé dans une solution hypotonique, il y aura un mouvement net d’eau libre dans la cellule. Cette situation se traduira par un volume intracellulaire accru avec une concentration de soluté intracellulaire plus faible. La solution se retrouvera avec une concentration globale de soluté plus élevée. Au microscope, la cellule peut sembler engorgée et la membrane cellulaire peut éventuellement se rompre. Ce processus global est connu sous le nom de cytolyse.

Notez que l’osmose est un équilibre dynamique, donc à tout moment donné, l’eau moléculaire peut momentanément s’écouler vers n’importe quelle direction à travers la membrane semi-perméable, mais le mouvement net global de toutes les molécules d’eau sera d’une zone de forte concentration d’eau libre à une zone de faible concentration d’eau libre.

 –Signification clinique

L’eau est connue comme le «solvant universel» et presque toute la vie connue en dépend pour survivre. Par conséquent, le principe de l’osmose, bien qu’apparemment simple, joue un rôle important dans presque tous les processus physiologiques. L’osmose est particulièrement importante dans le maintien de l’homéostasie, qui est la tendance des systèmes vers un équilibre dynamique relativement stable. Les membranes biologiques agissent comme des barrières semi-perméables et permettent au processus d’osmose de se produire. L’osmose est à la base de presque tous les processus majeurs du corps, y compris la digestion, la fonction rénale, la conduction nerveuse, etc. Elle permet aux concentrations en eau et en nutriments d’être à l’équilibre dans toutes les cellules du corps. C’est le processus physique sous-jacent qui régule la concentration de soluté dans et hors des cellules, et aide à excréter l’excès d’eau hors du corps.

Les références

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[2] Marbach S, Bocquet L, Osmose, des connaissances moléculaires aux applications à grande échelle. Revues de la Chemical Society. 4 juin 2019 ; [PubMed PMID : 31114820]

[3] Kiil F, Mécanismes moléculaires de l’osmose. Le journal américain de physiologie. 1989 Apr; [PubMed PMID: 2705569]

[4] Greenlee LF, Lawler DF, Freeman BD, Marrot B, Moulin P, dessalement par osmose inverse : sources d’eau, technologie et défis d’aujourd’hui. Recherche sur l’eau. 2009 mai ; [PubMed PMID : 19371922]

[5] Goodhead LK, MacMillan FM, Mesure de l’osmose et de l’hémolyse des globules rouges. Progrès dans l’enseignement de la physiologie. 1 juin 2017 ; [PubMed PMID : 28526694]

[6] Maldonado KA, Mohiuddin SS, Biochimie, Hypertonicité 2020 Jan; [PubMed PMID: 31082139]

[7] Kiil F, Mécanisme d’osmose. Rein international. 1982 février ; [PubMed PMID : 7069994]

[8] Meir E, Perry J, Stal D, Maruca S, Klopfer E, Quelle est l’efficacité des expériences simulées au niveau moléculaire pour l’enseignement de la diffusion et de l’osmose ? Enseignement de la biologie cellulaire. 2005 automne ; [PubMed PMID : 16220144]

[9] Schultz SG, Absorption épithéliale d’eau : osmose ou co-transport ? Actes de l’Académie nationale des sciences des États-Unis d’Amérique. 27 mars 2001 ; [PubMed PMID: 11274376]

[Dix]

Ogobuiro I, Tuma F, Physiologie, Rénal 2020 Jan ; [PubMed PMID : 30855923]

[11] Trigo D, Smith KJ, changements morphologiques axonaux suite à une activité impulsionnelle dans le nerf périphérique de la souris in vivo : la voie de retour pour les ions sodium. Le journal de physiologie. 15 février 2015 ; [PubMed PMID : 25524071]