[PDF] Cours-?TD 2 – Le tensioactif dans les poumons

2LaloideLaplacenousditquecettedifférencedepressionestd'autantplusgrandequelerayonestpetit.Quelestl'ordredegrandeurdecettesurpression?Exercice:1. Calculerlasurpressiondansdesbullesderayonr=1mm(unepetitebulledansl'eau)puisunealvéolederayon0.1mm,ensupposantqueleliquidesoitdel'eau:σ =0.07N/m(à37°C).2. Pourqueldiamètreaurait-onunesurpressiondel'ordrede1.5atmosphères?3. Comparerlasurpressiontrouvépourlediamètredesalvéolesàlapressiond'unemasseMposéesurnotrepoitrine,dontlasurfacepeutêtreestiméeàenviron0.1m2(33cmx33cm):quelleseraitlavaleurdeM? (1 atm = 105 Pa) 1) r ~ 1 mm => ∆P ~ 2 x 0.07 / 0.001 = 140 Pa (0.14 % atm) (petite bulle dans l'eau) r ~ 0.1 mm => ∆P ~ 1400 Pa (1.4 % atm) (alvéole) 2) Pour avoir 1.5 atm il faut encore diviser le diamètre par 100 (140 % atm) : r ~ 0.001 mm = 1 µm => ∆P ~ 140 000 Pa ~ 1.4 atm (c'est inférieur à une cellule, ~ 10 µm) 3) On doit trouver M pour laquelle Mg/S = ∆P (diam. alvéole) = 1400 Pa : M = ∆P S / g = 1400*0.1/10 = 14 kg ! Aretenir:larelationdeLaplace∆P=2σ/rfaitqueplusrestpetit,pluslapressionestgrande.Lasurpressionestparticulièrementimportantepourlesbullesdetrèspetitedimension.Pourlespoumons,sileliquidequilesrecouvreétaitdel'eaupure,onauraitunesurpressiondueàlatensiondesurfacequicorrespondraitàunemassedeplusieurskilogrammes.Peut-onmesurerlatensiondesurfacedanslespoumonsestenvrai?Comparaison.Difficiled'étudierlerôledusurfactantcarpasdemesurespossiblesinvivo.Enrevanche,onpeutétudierdespoumonsaprèsautopsieetétudierlapressionqu'ilestnécessaired'exercerpourobtenirunvolumedonné:pratiquement,ongonflelespoumonscommedesballonsdansdesconditionscontrôlées.OntrouvelacourbeAenfigure:Ensuite,onpeutrefairel'expérienceenremplissantlespoumonsnonpasd'airmaisdeliquide,etontrouvedonclacourbeB:Question:Qu'est-cequipermetd'expliquerladifférenceentrelesdeuxcourbes?Quellecontributionàlapressiondisparaîtsionremplitlepoumondeliquideetpasd'air?Quellepourraitêtre,enrevanche,l'autrecontribution,cellequirestelorsqu'onremplitavecduliquide?Moitié de l'effet est du à la tension superficielle et une autre moitié à l'élasticité des parois (collagène, élastine) : si on refait avec des poumons pleins de liquide, on n'a plus la partie due à la tension superficielle - qu'on peut donc estimer. Question:Evaluerlacontributionrelativedesdeuxeffetsdanslagammedevolumescorrespondantàunfonctionnementnormal.A peu près moitié moitié. Question:Estimerlasurpressiondanslespoumonsdueàlatensiondesurfaceenconditionsnormales.Compareràlavaleurtrouvéeprécédemmentensupposantqueleliquidequirevêtlespoumonssoitdel'eau.

3Quevautapproximativementlecoefficientdetensionsuperficielleσpourleliquidequirevêtlesalvéoles?On trouve ici une surpression autour de 3 mmHg (différence entre les valeurs de la courbe A et B pour un fonctionnement normal). Pour le comparer aux 1400 Pa trouvés avant on va le convertir en Pascals : 1 atm = 760 mmHg = 105 Pa => 3 mmHg = 3 105 / 760 Pa ~ 400 Pa à comparer à 1400 Pa : C'est à peu près 3.5 fois plus petit. Une masse M' = 14/3.5 = 4 kg seulement... ! Pour que ce résultat soit compatible avec la loi de Laplace, la tension de surface doit être 3.5 fois plus petite que celle de l'eau : σ ∼ 0.07/3.5 N/m = 0.02 N/m Rem : pas loin de celle trouvée pour l'eau savonneuse du TP. Onretientquelatensiondesurfacejoueeffectivementunrôledansl'établissementd'unesurpressiondanslespoumons,maisaussiquelasurpressionassociéeestmoindreparrapportàcequ'onauraitavecdel'eau.Dusavondanslespoumons!?Lerôledetensioactifestjoué,danslespoumons,parlesurfactantpulmonaire:unmélangecomplexecontenantentreautreunphopholipide1,ladipalmitoylphosphatidylcholine(figure).Lesurfactantpulmonaireestfabriqué(àpartirdu5èmeou6èmemoisdelavieembryonnaire)parlespneumocytesdetype2,descellulesdelaparoispulmonairespécialisées,etrégulédemanièrecomplexe(hormones,systèmenerveux,hérédité,nutrition...)Desdéfautsdanslaproductiondusurfactantoudanssacompositionpeuventêtregraves:enl'absencedesurfactant,onpeutavoiruncollapsuspulmonairedontilestdifficiledesortir.Maisilyaunautreproblème...Exercice:1. Onformedeuxbullesàl'extrémitédedeuxtubes,puisonlesrelieenouvrantlesrobinets.Quesepasse-t-il?2. Silespoumonssontdes"grappes»depetitesbulles(lesalvéoles,voirl'imagedemicroscopieélectronique)reliéeslesuneauxautres,quedevrait-ilsepassersilaloideLaplaces'applique?3. Pouvez-vousimaginerunmécanismepourcontrerceteffet?1"Unphospholipideestunlipidecontenantungroupeacidephosphoriqueentantquemonooudi-ester.Cettefamilleinclutnotammentlesacidesphosphatidiquesetlesphosphoglycérides1.Cesontdeslipidesamphiphiles,c'est-à-direconstituésd'une"tête»polaire(hydrophile)etdedeux"queues»aliphatiques(hydrophobes).»https://fr.wikipedia.org/wiki/Phospholipide

4La pression dans la petite bulle est plus grande que dans la grande bulle. Si on considère le tuyau, on a donc une pression différente aux deux extrémités, ce qui entraine un écoulement du coté de haute pression vers le coté de faible pression : la petite bulle se vide dans la grande. Toujours ! Les petites alvéoles devraient donc se vider dans les grosses ! Comment préserver un équilibre dans les pressions ? Une possibilité est que varier la tension de surface : tout en respectant la loi de Laplace, on peut donc avoir ∆P = 2 σ(r) / r : Si σ(r) / r pouvait être à peu près constant, la pression ne varierait pas beaucoup d'une alvéole à l'autre. Il faudrait donc que σ(r) soit à peu près proportionnel à r : plus l'alvéole est gonflée, plus la tension de surface est grande, plus elle tend à rediminuer son volume, et inversement, plus elle se vide, plus la tension de surface va décroitre, et la tendance à décroitre davantage sera moindre. EtudedespropriétésdusurfactantpulmonaireOnpeutrecueillirpuisétudierunpetitvolumeduliquidequicontientlesurfactant,mesurersatensionsuperficielledirectementenleplaçantdansunecuvedontonfaitvarierlasurface(onrappellequelatensiondesurfaces'écritaussicommeuneénergieparunitédesurface).Onpeutaugmenter,puisdiminuerlasurfacetotale,poursimulercequisepasseaucoursducyclerespiratoire.Danslafigure,onatracélatensionsuperficielleenfonctiondelasurfacerelativeàcellequ'onauraitdanslespoumonsàleurextensionmaximale(enfind'inspiration:surfacerelativemaximale=100%).Question:Lesmesuresprésentéesdanslafigurevoussemblentallerdanslesensdevotreréponseàlaquestionévoquéedansl'exerciceprécédent?La première observation est que, lorsque on fait diminuer la surface, la tension superficielle diminue, et lorsque la surface augmente, la tension superficielle aussi : ce comportement va grossièrement dans le sens attendu, même s'il faudrait vérifier que σ(r) / r est à peu près constant. Remarque : puisque la surface est proportionnelle à r2, si σ(r) était proportionnel à r alors il serait proportionnel à la racine de la surface s. Ca pourrait coller au moins avec la courbe d'inspiration, à vérifier... Question:Queremarquez-vousd'autredanslacourbeprésentéeenfigure?Lorsque le long de l'expiration on diminue la surface, la tension superficielle est moindre de quand on fait l'inverse, pendant l'inspiration : c'est ce qu'on appelle une courbe d'hystérésis en physique. Ce fait est le signe d'une différence de structure du film superficiel lorsque la surface augmente ou diminue. Par conséquent, σ_expiration < σ_inspiration, et donc l'effet de la tension superficielle est moindre lorsque le volume des alvéoles diminue, ce qui les protège probablement davantage contre le risque d'effondrement. Onretientdoncquelerôledusurfactantpulmonaireestàlafoisdediminuerlatensiondesurface,commepouruntensioactif,pourfaciliterl'ouverturedespoumonslorsdelarespiration,maisaussiderégulerlainspirationexpiration