Couverture : Kamel Abbadi, Marie-Noëlle Dieudonné, Esther Dos Santos Biologie fondamentale UE 2.1 - Semestre 1 - Infirmier en IFSI - DEI - Préparation complète - 5e éd Sup’Foucher>

© Foucher, une marque des Éditions Hatier

EAN 9782216159550

8 rue d’Assas
75006 Paris

2019

Composition et publication électronique
Maury Imprimeur

SOMMAIRE

◖ Partie 1 - Les molécules constitutives du vivant et leur fonction dans les équilibres ou déséquilibres biologiques

Cours 1. Comprendre la matière : notions de chimie et physique

Cours 2. Des différentes formes des éléments aux molécules

Cours 3. Les éléments du vivant

Cours 4. La chimie inorganique et la vie

Cours 5. Les molécules organiques et la vie

◖ Partie 2 - La cellule

Cours 6. L'organisation de la cellule

Cours 7. Le métabolisme cellulaire

Cours 8. La vie des cellules somatiques et germinales

◖ Partie 3 - L'organisation multicellulaire et la communication intercellulaire

Cours 9. L'organisation tissulaire

Cours 10. La communication intercellulaire

◖ Partie 4 - Le neurone, la transmission de l'influx nerveux et la contraction musculaire

Cours 11. Rappels d'électricité

Cours 12. Le neurone et la transmission de l'influx nerveux

Cours 13. La cellule musculaire et la contraction

◖ Partie 5 - Applications professionnelles et situations cliniques

Appli 14. Applications professionnelles

Appli 15. Situations cliniques

Situation clinique 15.1. Un calcul de concentration

Situation clinique 15.2. Ionogramme

Situation clinique 15.3. La pression osmotique et la perfusion

QCM 15.1. 15 QCU (15 points) + 5 CROC (5 points)

◖ Partie 6 - Évaluations

ÉVAL 16. Entraînement

QCM 16.1

Exercice 16.2

Exercice 16.3

Exercice 16.4

Exercice 16.5

Exercice 16.6

Exercice 16.7

Exercice 16.8

Exercice 16.9

ÉVAL 17. Annales corrigées

QCM 17.1. Partie QCU

QROC 17.2

ÉVAL 18. Entraînement

QCM 18.1. 15 QCU (15 points) + 5 CROC (5 points)

QROC 18.2

Index des notions

Notice d'utilisation pour les exercices

En fin de partie, entraînez-vous avec les exercices pour vérifier vos connaissances.

Appuyez sur "Corrigé de l'exercice" pour faire apparaître la réponse, et une seconde fois pour la cacher.

Bonne lecture !

Cours 3

Les éléments du vivant

Lier la chimie au vivant n’est pas un exercice aisé quand les mêmes atomes peuvent se combiner pour donner tantôt une molécule organique, tantôt une molécule inorganique. Nous tenterons dans ce cours d’éclaircir les éléments de langage qui posent les bases de la chimie du vivant.

I La chimie du vivant

Le vivant est composé d’atomes que l’on classe selon leur proportion en masse et les besoins de l’organisme. Parmi ces atomes, les macroélémentsmacroélément, sont présents en quantité supérieure à 5 g et les besoins journaliers dépassent 50 mg. Les autres, les oligoélémentsoligoélément, dont les quantités sont faibles n’en sont pas moins essentiels.

L’« homéostasie » atomique de l’organisme résulte de l’équilibre entre les entrées et les sorties de matière. Dans cet équilibre dynamique se mêlent chimie organique et inorganique.

Chimie organiquechimie : organique : partie de la chimie qui s’intéresse aux molécules organiques, composées de carbone et d’hydrogène et qui peuvent contenir en plus de l’oxygène, de l’azote, du soufre.

Chimie inorganiquechimie : inorganique : initialement partie de la chimie de l’inanimé (non vivant) devient par extension aujourd’hui toute la chimie qui n’est pas organique.

image loupe La chimie organique est au sens strict la chimie du carbone mais l’ajout de l’hydrogène dans cette définition permet d’exclure les molécules composées de carbone, comme le CO2 et le CO, qui appartiennent cependant aux molécules inorganiques.

On comprend que dans certaines conditions physiologiques comme la croissance ou la grossesse l’équilibre est ajusté.

Type trophique ou comment l’Homme fait de l’Homme !

Le type trophique définit comment un organisme fabrique sa propre matière organique.

Notre appartenance au groupe des organismes chimioorganohétérotrophes indique que nous produisons notre énergie par des réactions chimiques (chimio) utilisant des molécules organiques comme source d’électrons et de protons (organo) et que notre carbone provient de molécules organiques (hétéro).

Incapables de récupérer le carbone du dioxyde de carbone (CO2) nous le tirons des molécules organiques que nous ingérons.

L’autotrophie, utilisation du dioxyde de carbone comme source de carbone est l’apanage des bienheureux microorganismes et plantes capables de se sustenter d’eau minérale et d’une bouffée d’air !

Le schéma suivant montre comment l’équilibre dynamique atomique de l’individu est maintenu par les entrées de matière, assurées par la respiration et l’alimentation et les sorties liées à la respiration et aux différentes excrétions (urinaires, fécales, sudation).

▾ Fig. 13 - Équilibre atomique de l’adulte

II Les éléments du vivant

Le tableau suivant rappelle les différents atomes composant la matière vivante classés par ordre d’importance et indique les éléments appartenant aux macroéléments, oligoéléments et entrant dans la composition de la matière organique.

▾ Doc. 6 - Éléments constitutifs du vivant classés par ordre d’importance

Nom de l’élément
Symbole
Terminologie médicale
Proportion en masse

Oxygèneoxygène

O

Oxy, ox (ex : oxygénothérapie)

96 %

Carbonecarbone

C

Hydrogènehydrogène

H

Azoteazote

N

Azot (ex : azoturie)

Calciumcalcium

Ca

Calc (ex : calciurie)

3,5 %

Phosphorephosphore

P

Phospho (ex : phosphorémie)

Potassiumpotassium

K

Kali (ex : kaliopénie)

Soufresoufre

S

Sodiumsodium

Na

Natr (ex : natriurétique)

Chlorechlore

Cl

Chlor (ex : chlorémie)

Magnésiummagnésium

Mg

Magnés (ex : magnésémie)

Fluorfluor

F

0,5 %

Ferfer

Fe

Sidér (ex : sidéroblaste)

Zinczinc

Zn

Cuivrecuivre

Cu

Iodeiode

I

Iod (ex : iodothérapie)

Manganèsemanganèse

Mn

Cobaltcobalt

Co

Chromechrome

Cr

Séléniumsélénium

Se

Molybdènemolybdène

Mo

Nickelnickel

Ni

Vanadiumvanadium

V

Macroélément pouvant former des molécules organiques ou inorganiques

Macroélément inorganique

Oligoélément

Le tableau souligne que :

- 4 atomes répondent de 96 % de la masse du vivant ;

- les atomes O, C, H, N, P et S peuvent à la fois entrer dans la composition de molécules organiques et inorganiques. L’association de C, de H et de O peut former, par exemple, des glucides et celle de H et de O la molécule d’eau.

image loupe Les atomes, O, C, H, N, P et S, capables d’entrer dans la composition des molécules organiques et inorganiques, appartiennent tous au groupe des non-métaux !

La chimie bioinorganique ou quand les oligoéléments initient une mêlée antinomique !

Une telle présentation laisse cependant apparaître des limites car la plupart des oligoéléments décrits comme minéraux, donc inorganiques, peuvent se combiner aux molécules organiques et contribuer à leurs fonctions, c’est le cas de l’iode qui entre dans la composition des hormones thyroïdiennes, du fer dans l’hémoglobine, du zinc dans certaines métalloprotéases ou du cobalt dans la vitamine B12. L’oligoélément est le plus souvent associé par des liaisons covalentes particulières dites de coordination, dans laquelle le doublet d’électrons est apporté par un seul des deux éléments impliqués. Ce mélange ultime des chimies organiques et inorganiques fait apparaître une nouvelle discipline, la chimie bioinorganique, mêlant le vivant à l’inanimé !

Appli 14

Applications professionnelles

I Des atomes à l’hôpital (UE 2.2, 2.7, 2.9 et 2.11)

image gelulesA. L’iodeiode, un atome aux multiples facettes

1. L’isotope 127 I : un atome indispensable à la fabrication d’hormones

L’iode naturel est l’isotope stable 127I. Cet élément est utilisé par l’organisme pour la fabrication des hormones thyroïdiennes, la triiodothyronine (T3) et la thyroxine (T4). L’iode se trouve sous la forme ionique I– (iodure) dans la circulation. Seuls 40 % de l’iode ingéré sont fixés par la thyroïde, le reste est excrété par les reins. L’apport recommandé est de 75 à 100 μg/j. Une carence peut entraîner des défauts de fabrication des hormones T3 et T4 et conduire à l’hypothyroïdie par carence iodée, qui aujourd’hui est devenue rare en France.

» Le traitement en cas d’accident nucléaire

En cas d’accident nucléaire, après inhalation, les isotopes radioactifs, principalement l’isotope 131I, peuvent se fixer sur la thyroïde et provoquer un cancer de la glande. Un traitement préventif peut être proposé aux populations à risque par l’ingestion de comprimés d’iode naturel capable de saturer la fixation thyroïdienne, empêchant ainsi la fixation ultérieure des formes radioactives. Un tel traitement a naturellement était administré à la population japonaise après l’accident nucléaire en mars 2011 à Fukushima où l’on mesure encore des quantités d’iode 131I plus de 1 000 fois supérieures à la norme.

» Le responsable de thyrotoxicose

L’augmentation de l’iode peut provoquer chez certaines personnes des complications thyroïdiennes. Effectivement, chez des patients présentant un adénome prétoxique ou un goitre multinodulaire, l’excès d’iode peut augmenter l’activité thyroïdienne par excès de substrat.

On observe parfois l’apparition de thyrotoxicoses iatrogènes sur une thyroïde normale. L’utilisation thérapeutique de l’amiodarone en est la parfaite illustration. L’amiodarone est un antiarythmique qui contient de l’iode. Le traitement peut conduire à l’apparition d’une hyperthyroïdie chez 3 à 12 % des patients traités.

▾ Fig. 501 - Goitre thyroïdien

Thyrotoxicosethyrotoxicose : ensemble des troubles liés à l’excès d’hormones thyroïdiennes au niveau des tissus cibles.

Adénome prétoxiqueadénome prétoxique : nodule susceptible d’évoluer vers un nodule toxique (tumeur) qui apparaît comme chaud ou hypercaptant, car le nodule thyroïdien concentre de manière préférentielle ou exclusive l’iode radioactif au cours de la scintigraphie.

Iatrogèneiatrogène : troubles générés par le traitement.

» Un antiseptique

Le pouvoir oxydant de l’iode et de ses dérivés (Bétadine®) est utilisé comme antiseptique. Le spectre d’efficacité est extrêmement large puisque ces composés sont souvent bactéricides, fongicides, virucides et sporicides.

» Les produits de contraste iodés (PCI)

Les PCI sont opaques aux rayons X et sont donc utilisés comme produits de contraste en radiologie (ex. : urographie intraveineuse).

On observe parfois l’apparition d’effets indésirables après injection de PCI, allant de l’éruption cutanée au collapsus cardiorespiratoire de type anaphylactique.

▾ Fig. 502 - Structure de base d’un PCI

▾ Fig. 503 - Urographie intraveineuse

Choc anaphylactiquechoc anaphylactique : réaction allergique massive conduisant notamment à un effondrement de la pression artérielle.

2. L’isotope 123 I : un outil de diagnostic

Cet isotope est radioactif et utilisé comme traceur dans l’exploration fonctionnelle de la thyroïde par scintigraphie.

▾ Fig. 504 - Scintigraphie thyroïdienne

a. Thyroïde normale

b. Nodule chaud (adénome toxique)

Situation clinique 15.1

Un calcul de concentration

Un enfant de 4 ans présente de la fièvre et un syndrome méningé. L’examen macroscopique du LCR montre un aspect purulent et l’examen microscopique des bacilles à Gram négatif : il y a donc une suspicion d’Haemophilus infuenzae.

Le traitement préconisé est une antibiothérapie par ceftriaxone.

La prescription médicale est la suivante : ceftriaxone 100 mg/kg/j, une perfusion intraveineuse par jour.

L’enfant pèse 17 kg.

Le ceftriaxone se présente sous la forme d’un flacon de poudre (1 g) et d’un solvant (10 mL) pour solution injectable intraveineuse (soit 1 g pour 10 mL).

Déterminer le volume de solution reconstituée (ceftriaxone + solvant) à prélever pour préparer la perfusion.

CORRIGÉ

CORRIGÉ Situation clinique 15.1

Un calcul de concentration

Le poids de l’enfant est 17 kg, il faudra donc 17 × 100 mg soit 1 700 mg par perfusion.

La présentation de ceftriaxone à 1 g/10 mL apporte 1 g, soit 1 000 mg de ceftriaxone.

Pour respecter la prescription médicale, il faut reconstituer un premier flacon de ceftriaxone.

Cette première préparation n’est pas suffisante. Il reste ensuite à compléter par 700 mg (= 1 700 mg – 1 000 mg) de ceftriaxone à partir d’un second flacon de 1 g/10 mL dont la concentration sera :

Le volume à prélever de cette solution, afin d’apporter une masse de 700 mg, est donné par la formule suivante issue de la formule précédente :

Afin d’apporter les 1 700 mg de ceftriaxone nécessaire, il faudra prélever la totalité d’un premier flacon à 1 g/10 mL et 7 mL du second à 1 g/10 mL.

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