Hyperosmotique

Hyperosmotique
adj.,
Définition: relative ou caractérisée par une augmentation de la pression osmotique. Source: Modifiée par Maria Victoria Gonzaga

Définition hyperosmotique

Le mot Hyperosmotique est dérivé de deux mots grecs‘ « hyper », signifiant « excès » et ”osmos », signifiant ”poussée » ou « poussée ». Alors, que signifie hyperosmotique? Hyperosmotique décrit une solution qui exerce une poussée plus élevée ou pousse à travers une membrane.

Pour bien comprendre cette définition, il faut d’abord comprendre qu’une solution est préparée en mélangeant deux composants, c’est-à-dire un soluté et un solvant. Par exemple: dans une solution aqueuse de sucre, le sucre est le soluté et l’eau est le solvant.

La quantité de soluté dans une solution détermine finalement la direction du mouvement du solvant dans n’importe quel système. Il est bien établi que la différence de concentration entraîne le développement d’un gradient de concentration qui entraîne le mouvement des molécules d’une concentration plus élevée vers une concentration plus faible. Lorsque le mouvement de la molécule de solvant (eau) se produit en raison d’un gradient de concentration à travers une membrane semi-perméable, ce processus est appelé osmose.

Ainsi, une solution contenant une quantité plus élevée de soluté par rapport à une solution similaire est connue sous le nom de solution hyperosmotique. Par exemple, l’eau de mer est hyperosmotique par rapport à l’eau douce ou à l’eau du robinet. Ainsi, une cellule d’eau douce placée dans un bécher contenant de l’eau de mer sera exposée à un environnement hyperosmotique.

Le nombre de molécules de soluté par volume ou poids de solution est appelé osmolarité. Cette osmolarité régule la pression osmotique exercée par une solution. Ceci est particulièrement important pour le système biologique dans lequel deux solutions sont séparées par une membrane, qui est généralement de nature semi-perméable. Ainsi, le mouvement des molécules dans un système biologique à travers une membrane biologique peut être déterminé par osmolarité. Le mouvement des molécules à travers la membrane biologique est essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire. Par conséquent, l’osmolarité joue un rôle dans le maintien de l’homéostasie cellulaire.

L’osmolarité du sérum humain est étroitement contrôlée dans la plage de 285 à 295 mOsm / kg. La majorité des cellules du corps humain ont une osmolarité similaire et sont dites isotoniques. Le fluide ayant une osmolarité supérieure ou inférieure à celle du sérum humain est classé comme hypertonique ou hypotonique, respectivement.

La différence d’osmolarité entraîne le développement de la pression osmotique, qui aboutit finalement à la génération de stress osmotique dans un système biologique. La pression osmotique est la pression ou la poussée appliquée aux molécules de solvant pour les empêcher de se déplacer à travers la membrane.
À ce stade, il est très important de comprendre que la tonicité et l’osmolarité sont deux choses différentes et ne doivent pas être considérées comme des synonymes. Une solution isotonique n’est pas nécessairement isosmotique ou vice versa. De même, une solution hyperosmotique n’est pas nécessairement une solution hypertonique. Pour comprendre cela, nous devons comprendre clairement le concept de tonicité.

La tonicité est la propriété des solutés non pénétrants uniquement et dépend toujours de la solution de comparaison. Ainsi, pour une cellule de mammifère, une solution de saccharose isosmotique sera isotonique mais pour une cellule végétale, une solution de saccharose isosmotique serait hypotonique. En effet, le saccharose ne peut pas pénétrer dans une cellule de mammifère en raison d’un manque de transporteurs, tandis que le saccharose peut pénétrer dans une cellule végétale en raison de la présence de transporteurs. Ainsi, la non-perméabilité du saccharose dans la cellule de mammifère entraînera l’isotonicité de la solution de saccharose isosmotique dans les cellules de mammifères.

Au vu de cela, une question importante se pose donc. Comment une solution peut-elle être hyperosmotique et hypotonique?

Pour comprendre cela, il est important de garder à l’esprit que la tonicité n’est déterminée que par les solutés non pénétrants. Ainsi, si une solution a une concentration plus faible de solutés non pénétrants, elle serait appelée hypotonique. Un exemple classique de solution hypotonique est une solution de dextrose à 5% sans solutés non pénétrants. Lorsqu’une cellule est placée dans une solution hyperosmotique mais hypotonique comme le dextrane à 10%, le mouvement de l’eau se produira. Par conséquent, une solution peut être hyperosmotique et hypotonique.

En biologie, lorsque l’osmolarité du liquide extracellulaire est supérieure au liquide intracellulaire, la cellule est alors appelée exposée à un environnement hyperosmotique et subira un stress hyperosmotique.

Une osmolarité plus élevée du liquide extracellulaire entraîne un flux d’eau hors de la cellule, ce qui entraîne un rétrécissement de la cellule et éventuellement une déshydratation de la cellule. (Figure 1).

Alors, qu’arrive-t-il à une cellule dans une solution hyperosmotique? L’exposition d’une cellule à une solution hyperosmotique peut lui être très préjudiciable. Ces cellules devront faire face à l’efflux d’eau, ce qui entraîne éventuellement la perturbation de divers processus cellulaires, tels que la perturbation de la synthèse et de la réparation de l’ADN, la traduction des protéines et leur dégradation, et le dysfonctionnement des mitochondries. La condition hyperosmotique entraîne un rétrécissement cellulaire et la convolution du noyau. Le rétrécissement cellulaire finit par induire une apoptose conduisant à la mort cellulaire.

Inversement lorsque l’osmolarité du liquide extracellulaire est inférieure au liquide intracellulaire, alors la cellule est dite exposée à un environnement hypoosmotique. Dans un tel environnement, un afflux d’eau / de solvant se produira (figure 1).

Signification physiologique de la propriété hyperosmotique

Le corps humain est hautement adaptatif à de tels changements et pour ce faire, les cellules subissent des réponses osmo-adaptatives dans lesquelles les cellules essaient de s’adapter à de tels changements environnementaux et de restaurer homéostasie. Cependant, l’incapacité à restaurer cette homéostasie entraîne souvent une maladie ou une inflammation dans le corps.

Le déséquilibre de l’osmolarité peut être préjudiciable aux cellules et aux processus biologiques et peut entraîner un état malade. Cette homéostasie de l’osmolarité dans le corps humain est étroitement contrôlée par le rein avec l’hormone antidiurétique, l’arginine vasopressine (AVP) libérée par l’hypophyse postérieure. Une augmentation de l’osmolarité plasmatique induit la libération d’AVP par l’hypophyse. L’AVP agit alors sur le rein et augmente la perméabilité membranaire du tubule distal afin d’augmenter la réabsorption tubulaire de l’eau du rein. Le rein régule la proportion du soluté ainsi que l’eau dans l’urine.

En fonction de l’état du liquide corporel, la production d’urine peut avoir une osmolarité faible (50 mOsm / L) ou une osmolarité élevée (1200-1400 mOsm / L). La production d’urine à faible osmolarité se produit lorsque le corps a un excès d’eau et que le liquide extracellulaire a une faible osmolarité. Dans cette condition, l’urine est hypoosmotique. Au contraire, lorsque le corps a une carence en eau et que le liquide extracellulaire a une osmolarité élevée, une formation d’urine hyperosmotique se produit. Les fluides corporels ayant une osmolarité plus élevée signalent à l’hypophyse de libérer l’AVP, ce qui augmente ainsi la réabsorption tubulaire de l’eau par le rein. En conséquence, en raison de la réabsorption de l’eau, la quantité d’eau est réduite de la production d’urine, ce qui entraîne la formation d’urine hautement concentrée ou d’urine hyperosmotique.

Une altération de l’osmolarité a également été associée à l’induction de processus inflammatoires dans le corps. Une osmolarité élevée des fluides extracellulaires s’est avérée associée à des maladies telles que l’hypernatrémie, les coups de chaleur, le diabète, les brûlures tissulaires, la déshydratation, l’asthme, la fibrose kystique et l’urémie. Les cytokines pro-inflammatoires telles que le TNF, l’IL1ß, l’IL6, l’IL8 et l’IL18 se sont avérées liées à des pathologies liées au stress hyperosmotique.

Applications thérapeutiques des Hyperosmotiques

Les agents hyperosmotiques sont utilisés pour le traitement du glaucome. Le glaucome est un trouble oculaire ou ophtalmique dans lequel il y a une augmentation de la pression intraoculaire (PIO). Une augmentation de la PIO est une condition très douloureuse pour le patient avec une mauvaise visualisation. Les agents hyperosmotiques diminuent la PIO en générant un gradient osmotique entre le sang et les compartiments de liquide intraoculaire, ce qui entraîne le flux de liquide ophtalmique vers le sang. Cette approche thérapeutique est préférée lorsque le glaucome ne répond pas aux inhibiteurs de l’anhydrase carbonique administrés par voie topique ou même systémique. Cependant, les agents hyperosmotiques ont une courte durée d’efficacité et induisent également des effets secondaires systémiques.

Dans le glaucome, la PIO est élevée en raison du liquide vitreux dans l’œil. Lors de l’administration d’agents hyperosmotiques, l’osmolalité du liquide intravasculaire augmente (hyperosmolarité). Cependant, la barrière ophtalmique ne permet pas la perméation de ces agents dans l’humeur vitreuse. Il en résulte la génération du gradient osmotique. Ceci, à son tour, entraîne l’écoulement du liquide vitreux dans le liquide vasculaire. Par conséquent, la quantité réduite d’humour vitreux réduit la PIO chez le patient.

Une réduction de près de 3 à 4% de la PIO a été rapportée lors de l’administration des agents hyperosmotiques chez les patients atteints de glaucome. L’efficacité de ces agents dépend d’un certain nombre de facteurs tels que le poids moléculaire, la dose, la concentration, le taux d’administration, le mode d’administration, le taux d’excrétion, la distribution et la pénétration ophtalmique.

Certains des exemples d’hyperosmotiques utilisés dans le traitement du glaucome sont la glycérine, l’urée, l’isosorbide, le mannitol, etc. Ces agents peuvent être administrés par voie topique, parentérale ainsi que par voie orale. Cependant, l’administration systémique (parentérale) ou orale de ces agents peut entraîner certains effets indésirables (Tableau1).

Tableau 1: Agents hyperosmotiques couramment utilisés pour traiter les maladies oculaires, le glaucome, leur dose et leurs effets secondaires potentiels

Des agents hyperosmotiques sont également utilisés pour améliorer la visualisation chez les patients présentant un œdème cornéen dans lequel des agents hyperosmotiques provoquent une déshydratation transitoire pour soulager l’état oedémateux de la cornée. Outre l’œdème cornéen, des agents hyperosmotiques sont également utilisés dans la prise en charge de l’œdème cérébral. Les agents hyperosmotiques peuvent également être potentiellement utilisés dans le traitement de l’hémorragie hypovolémique, en tant qu’expanseur de volume plasmatique. Un mélange de 7,5% de NaCl (chlorure de sodium) et de 6% de dextran-70 a été rapporté comme un expanseur de plasma efficace. Il a également été rapporté que cette composition d’agents hyperosmotiques (NaCl et dextrane) réduisait considérablement la mortalité due à une hypotension traumatique et à un traumatisme crânien. Il a été rapporté que le traitement par l’agent hyperosmotique induisait des effets cardiovasculaires rapides, notamment une élévation des paramètres cardiaques tels que la pression artérielle, le débit cardiaque, le volume plasmatique, la contraction cardiaque, la pression systémique circulatoire moyenne et l’apport d’oxygène et sa consommation.

Stress hyperosmotique chez les plantes

Non seulement les animaux sont sujets à des perturbations physiologiques dues au stress hyperosmotique, mais aussi les plantes. Le stress hyperosmotique chez les plantes est souvent causé par des conditions hyperosmotiques (lorsque l’osmolarité à l’extérieur est plus élevée que l’intérieur de la cellule). Les causes courantes sont la forte concentration en sel du sol ou en cas de sécheresse. Lorsque cela se produit, les plantes contrecarrent l’efflux d’eau et la diminution éventuelle du volume cellulaire par une modification de l’expression génétique, la production d’osmolytes intracellulaires et l’endocytose active ainsi que la séquestration des ions par transport vacuolaire. Sinon, la cellule végétale pourrait mourir de la perte de pression de turgescence et de l’effondrement de la membrane plasmique lorsque la perturbation extrême n’est pas corrigée rapidement.