Diffusion, osmose et diffusion facilitée

Diffusion et gradients de concentration

La diffusion est le déplacement net de particules d’une région plus concentrée vers une région moins concentrée, sous l’effet de leur agitation aléatoire. La différence de concentration entre deux régions s’appelle un gradient de concentration ; plus le gradient est fort, plus le déplacement net est rapide. La diffusion se poursuit jusqu’à répartition uniforme, état appelé équilibre, après quoi les particules bougent encore mais sans changement net. La diffusion est passive : elle ne consomme pas d’ATP, car l’énergie cinétique des particules assure le mouvement. Plusieurs facteurs influencent sa vitesse : une distance plus courte, une température plus élevée, une particule plus petite et une surface plus grande l’accélèrent. C’est pourquoi les surfaces d’échange gazeux sont fines et étendues, et pourquoi les cellules sont généralement petites.

Par exemple : Le dioxygène est plus concentré dans les sacs alvéolaires que dans le sang qui y arrive : il diffuse donc vers le sang. Le dioxyde de carbone est plus concentré dans le sang : il diffuse en sens inverse.

Erreur fréquente : La diffusion ne s’arrête pas lorsque les concentrations s’égalisent ; les particules continuent de bouger, mais le déplacement net est nul à l’équilibre.

Osmose et tonicité

L’osmose est la diffusion de l’eau à travers une membrane sélectivement perméable, du côté le plus riche en eau (moins de particules dissoutes) vers le côté le plus pauvre en eau (plus de particules dissoutes). Une particule dissoute est un soluté, et le liquide qui la dissout est le solvant ; dans le corps, l’eau est le principal solvant. La membrane laissant passer l’eau mais retenant de nombreux solutés, l’eau se déplace pour équilibrer les concentrations. La tonicité décrit l’effet d’une solution sur une cellule. Pour la tonicité, on compare les particules dissoutes qui ne traversent pas facilement cette membrane. Une solution isotonique a une concentration efficace semblable à celle de la cellule : l’eau entre et sort également et la cellule garde sa forme. Dans une solution hypotonique, l’eau entre et la cellule peut gonfler et éclater. Dans une solution hypertonique, l’eau sort et la cellule se rétracte. Ces effets expliquent le choix prudent des solutés perfusés.

Par exemple : Placer un globule rouge dans l’eau pure (hypotonique) fait entrer l’eau et éclater la cellule. Le placer dans une solution salée concentrée (hypertonique) en fait sortir l’eau et le globule se rétracte.

Diffusion facilitée

Certaines substances ne peuvent traverser la partie lipidique de la membrane, même si un gradient favorise leur déplacement. Les ions sont chargés et ne franchissent pas le cœur lipidique qui évite l’eau ; le glucose est gros et attiré par l’eau. Pour eux, la membrane fournit des protéines de transport. Dans la diffusion facilitée, une substance descend son gradient à travers une protéine canal (pore ouvert) ou une protéine transporteuse (qui change de forme pour la faire passer). L’eau utilise dans beaucoup de cellules des canaux appelés aquaporines. La diffusion facilitée reste passive : elle ne consomme pas d’ATP et ne peut déplacer une substance contre son gradient. Elle diffère de la diffusion simple de deux façons utiles : elle est sélective, car seules les substances compatibles avec la protéine passent, et elle peut être saturée, car le nombre de protéines est limité. Ajouter du soluté l’accélère seulement jusqu’à saturation des protéines.

Par exemple : Le glucose entre dans de nombreuses cellules par diffusion facilitée lorsque sa concentration sanguine est élevée, grâce à des protéines transporteuses qui changent de forme pour le libérer à l’intérieur.

Comparer les trois mouvements passifs

Les trois processus partagent une règle : le déplacement net suit un gradient et ne coûte pas d’ATP. Ils diffèrent par ce qui se déplace et par la nécessité d’une protéine. La diffusion simple déplace toute substance capable de franchir la bicouche lipidique, comme le dioxygène, le dioxyde de carbone et les petites molécules non chargées. L’osmose décrit spécifiquement le déplacement de l’eau à travers une membrane sélectivement perméable en raison d’un gradient de solutés. La diffusion facilitée déplace des substances nécessitant une protéine, comme les ions, le glucose et l’eau via les aquaporines. Une façon utile de retenir la différence est de poser deux questions : qu’est-ce qui se déplace, et cela a-t-il besoin d’aide ? L’eau qui se déplace à cause des solutés relève de l’osmose ; un soluté qui traverse une protéine relève de la diffusion facilitée ; un soluté qui glisse dans les lipides relève de la diffusion simple. Aucune ne peut déplacer une substance contre son gradient : cela exige le transport actif et de l’énergie.

Par exemple : Dans une même cellule, le dioxygène entre par diffusion simple, un ion sodium par un canal et le glucose par un transporteur : trois voies, un seul principe passif.

Pourquoi ces mouvements comptent dans les soins

Les mouvements passifs expliquent de nombreuses observations cliniques courantes. L’arrivée de l’oxygène aux tissus dépend de gradients de diffusion : tout ce qui épaissit la surface d’échange ou abaisse la concentration d’oxygène inspiré la réduit. Les échanges d’eau entre le sang et les tissus dépendent de la pression sanguine qui pousse vers l’extérieur, de l’attraction exercée vers l’intérieur par les protéines plasmatiques et du drainage lymphatique. Quand ces protéines diminuent, cette attraction faiblit : davantage de liquide filtré peut rester dans les tissus et causer un œdème. Les solutés perfusés se choisissent selon la tonicité : un liquide isotonique comme le sérum salé à 0,9 % remplace le volume sans déplacer l’eau dans les cellules ni hors d’elles, tandis qu’un liquide hypertonique peut servir à extraire l’eau d’un tissu gonflé. Savoir dans quel sens l’eau se déplacera permet à l’infirmier d’anticiper l’effet d’un liquide, d’expliquer l’évolution d’un patient et de repérer un traitement qui produit l’inverse de l’effet recherché.

Par exemple : Un patient qui vomit abondamment perd eau et sels. Un liquide isotonique remplace le volume sans faire gonfler ni se rétracter les globules rouges ; perfuser de l’eau pure serait dangereux.