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 1. Définitions
L'osmolalité plasmatique est définie par le rapport des solutes plasmatiques, essentiellement des sels de sodium sur l'eau plasmatique. La concentration plasmatique de sodium est maintenue dans des limites étroites par des variations appropriées de l'apport et de l'excrétion de l'eau résultant de variations de concentration de l'hormone antidiurétique et de la sensation de soif.
Les principaux déterminants de la concentration plasmatique de sodium peuvent être appréciés à partir de calculs simples liés à l'osmolalité plasmatique. L'osmolalité plasmatique peut être estimée à partir de la formule suivante :
osmolalité plasmatique = 2 (natrémie + kaliémie) + glycémie.
Les valeurs étant exprimées en mmol/l. L'urée est parfois incorporée dans cette formule mais dans la mesure où cette petite molécule diffuse librement à travers les membranes, elle ne se comporte pas de façon osmotiquement active.
La tonicité plasmatique à la différence de l'osmolalité plasmatique est le paramètre directement perçu par les osmorécepteurs. La tonicité plasmatique est déterminée par les solutés, essentiellement des sels de sodium dans le fluide extracellulaire qui déterminent la distribution transcellulaire de l'eau. L'urée qui est une osmole inefficace lorsqu'elle s'accumule n'entraîne pas de mouvement d'eau en-dehors des cellules et ne contribue pas à la tonicité plasmatique. Cependant l'urée est l'un des constituant de l'osmolalité plasmatique mesurée.
Le volume extracellulaire liquidien est déterminé par la quantité absolue de sodium et d'eau présents dans l'organisme. Le volume liquidien extracellulaire représente environ 40 % de l'eau totale de l'organisme chez les sujets normaux, la quasi totalité restante étant de l'eau cellulaire. Le volume extracellulaire est régulé par les variations de l'excrétion du sodium qui sont essentiellement régulées par le système rénine-angiotensine-aldostérone, le système nerveux sympathique et le système peptidique natriurétique.
Les anomalies de l'osmolalité plasmatique et du volume extracellulaire aboutissent à la formation de 4 désordres élémentaires du bilan de l'eau et du sodium :
- L'hyponatrémie reflète un excès relatif d'eau par rapport au sodium. L'hyponatrémie est toujours liée à une incapacité de rein à excréter l'eau ingérée ou perfusée.
- L'hypernatrémie reflète un déficit relatif d'eau par rapport au sodium. Ceci peut être produit exceptionnellement par l'administration de solutés salés hypertoniques et beaucoup plus souvent par l'absence de correction de pertes d'eau ceelles ci étant en quantité habituelle ou augmentée. C'est la perte isolée d'eau qui est appelée déshydratation.
- L'hypovolémie ou déplétion volémique est une situation caractérisée par une réduction du volume liquidien extracellulaire et qui dans les formes sévères entraîne une réduction cliniquement perceptible de la perfusion tissulaire. L'hypovolémie peut être produite par une perte d'eau et de sel (vomissements, diarrhées, diurétiques, saignements ou séquestration dans un troisième secteur) ou par des pertes d'eau isolées (déshydratation). L'eau et le sel perdus proviennent essentiellement du compartiment extracellulaire alors que les pertes d'eau pure (déshydratation) proviennent de l'eau totale de l'organisme dont seulement 40 % est extracellulaire. Ainsi pour qu'une déshydratation produise le même degré de déplétion volumique extracellulaire qu'une perte d'eau et de sel, une quantité 2 fois et demi plus importante de fluide doit être perdue. La distinction clinique entre une perte d'eau et de sel et une perte d'eau isolée peut être facilement faite par la mesure de la concentration plasmatique de sodium. Les patients déshydratés sont toujours hypernatrémiques alors que ceux ayant une perte d'eau et de sel ont une concentration plasmatique normale ou légèrement réduite. Cependant une hypernatrémie peut survenir en cas de perte d'eau et de sel si la perte d'eau est excessive par rapport à celle de sel et si l'eau n'est pas remplacée. De tels patients doivent être considérés comme ayant à la fois une déshydratation et une hypovolémie et une altération à la fois de la tonicité plasmatique et du volume extracellulaire.
- L'oedème reflète un excès de sodium et son accumulation dans le secteur interstitiel et parfois vasculaire (hypervolémie). Ces patients ne développent habituellement pas d'hypernatrémie en raison de la stimulation de la libération d'hormone antidiurétique et de la soif qui aboutit à la rétention d'une quantité d'eau proportionnelle à celle de sel. Lorsque l'excès de sel est lié à une insuffisance cardiaque, une cirrhose hépatique ou un syndrome néphrotique, l'accumulation de sel et d'eau est souvent prédominante dans le secteur interstitiel ou en tous cas extravasculaire, si bien que ces patients peuvent avoir conjointement une déplétion volémique efficace.
2. Régulation de l'osmolalité plasmatique
2.1. Régulation de l'osmolalité plasmatique
Les modifications de la tonicité plasmatique sont perçues par des osmorécepteurs dans l'hypothalamus. Les récepteurs affectent à la fois l'entrée d'eau et l'excrétion d'eau en influençant respectivement la soif et la libération d'hormone antidiurétique (ADH ou arginine-vasopressine AVP). L'hormone antidiurétique retient l'eau en augmentant la perméabilité des tubules collecteurs à l'eau donc essentiellement en augmentant l'osmolalité urinaire. L'osmorégulation est donc assurée par des modifications du bilan hydrique.
La régulation de l'osmolalité plasmatique et son principal déterminant, la concentration plasmatique de sodium est obtenue par des modifications de l'apport en eau ou de son excrétion. Il n'est donc pas surprenant que les altérations de la concentration plasmatique de sodium (que ce soit une hyponatrémie ou une hypernatrémie) nécessitent habituellement une anomalie de l'un ou de l'autre des facteurs qui affectent la balance hydrique : la libération d'hormone antidiurétique et la soif.
En raison de la capacité de l'eau à diffuser librement à travers pratiquement toutes les membranes cellulaires, la maintenance d'une concentration plasmatique de sodium relativement constante ainsi que de l'osmolalité plasmatique est essentielle au maintien du volume cellulaire particulièrement dans le cerveau. Ainsi une réduction aiguë de l'osmolalité plasmatique et de la concentration plasmatique de sodium sur quelques heures crée un gradient osmotique à l'origine d'un mouvement d'eau depuis le secteur extracellulaire vers la cellule responsable dun Sdème cellulaire.
En raison du caractère inextensible de la boite crânienne, l'oedème cellulaire cérébral entraîne des symptômes neurologiques sévères pouvant aboutir à la mort. La situation est différente lorsque la concentration plasmatique de sodium se modifie lentement. Dans cette situation, l'augmentation du contenu en eau cérébrale est nettement moindre et les patients sont cliniquement asymptomatiques.
2.2. Régulation du volume cellulaire par les osmolytes
La seule façon de maintenir un volume cellulaire cérébral normal en face d'une hyponatrémie persistante est déliminer des solutes intracellulaires, ce qui est suivi dune perte osmotique d'eau. Le sodium, le potassium, les solutes organiques (inositol) et certains acides aminés (glutamine, taurine) contribuent à cette réponse adaptative. Le sodium et le potassium rendent compte approximativement de 2/3 de cette perte de solutes cellulaires. Les modifications fractionnelles sont cependant différentes puisque seulement 10 % des cations cellulaires sont extrudés alors que plus de 60 % des solutes organiques sont éliminés. Ces solutes organiques jouent un rôle physiologique important et ont été appelés osmolytes. Bien que la perte de n'importe quel type de solutés tend à corriger l'oedème cellulaire, les osmolytes ont un avantage supplémentaires car la modification de leur concentration n'interfèrent pas avec les fonctions protéiques cellulaires (à la différence des modifications de la concentration intracellulaire de sodium et de potassium).
Des considérations analogues s'appliquent à l'hypernatrémie bien que les mouvements d'eau et de solutes se fassent dans la direction opposée. L'augmentation initiale de la concentration plasmatique de sodium produit un mouvement osmotique d'eau depuis la cellule vers l'extérieur et un contraction cérébrale. Dès le premier jour cependant la concentration de solutes cellulaires augmente entraînant un mouvement d'eau vers la cellule et la restauration d'un volume cellulaire cérébral vers la normale. Les osmolytes rendent compte d'environ 1/3 de cette réponse (accumulation d'inositol, de glutamine et de glutamate dans les cellules). L'augmentation de la capture d'inositol dans le compartiment extracellulaire est médiée par une augmentation du nombre de transporteurs de l'inositol dans la membrane cellulaire. Il n'est pas déterminé si la glutamine et les glutamates proviennent de la dégradation des protéines cellulaires ou de la captation dans le liquide extracellulaire.
2.3. Implications clinique et thérapeutique
D'une façon générale, seules les hypo ou hypernatrémies aiguës sont responsables de symptômes neurologiques (léthargie, comitialité, coma) liés à l'oedème cérébral et à l'atrophie cérébrale respectivement. Les adaptations ultérieures qui restaurent le volume cérébral vers la normale sont généralement si efficaces que peu ou pas de symptômes sont observés chez les patients ayant des modifications chroniques de la concentration plasmatique de sodium (survenant sur plus de quelques jours).
Ces adaptations sont également importantes à considérer pour la vitesse de correction du traitement. En effet lorsque l'oedème cérébral a été partiellement corrigé par la perte de solutes cellulaires, une correction rapide de l'hyponatrémie peut réduire le volume cérébral en-dessous de la normale et produire un syndrome de démyélinisation osmotique incluant notamment une myélinolyse centropontine. Cette affection qui peut aboutir à des lésions neurologiques sévères et irréversibles de type : paraparésie, quadriparésie, dysarthrie, dysphagie et coma. Les données expérimentales et cliniques suggèrent que c'est essentiellement les vitesses de correction dépassant 0,5 mmol/l/jour et surtout 12 mmol/l sur 24 heures qui sont susceptibles de provoquer cette complication.
Des constatations analogues s'appliquent à l'hypernatrémie chronique dans la mesure où une réduction trop rapide de la natrémie peut entraîner un oedème cérébral et comitialité. Le but du traitement est différent chez les patients ayant une dysnatrémie symptomatique. Dans ce cas, une correction initiale rapide est sans danger et peut même au contraire éviter le décès. La concentration plasmatique de sodium peut être normalisée à une vitesse de 1,5 à 2 mmol/l/h jusqu'à la résolution des symptômes, puis suivie par une correction plus lente vers la normale, la vitesse de modification maximale de la natrémie ne devant pas dépasser 12 mmol/l et par 24 heures.
3. Régulation de la volémie
Le volume circulant effectif est défini par le volume de liquide extracellulaire contenu dans le système artériel et qui perfuse efficacement les tissus. Ce volume liquidien artériel ne représente que 20 % environ du volume liquidien vasculaire total. Différents senseurs et effecteurs sont impliqués dans la régulation et le maintien de la perfusion tissulaire qui vont aboutir à réguler essentiellement l'excrétion urinaire de sodium et non pas celle de l'eau.
La régulation du volume plasmatique vise à maintenir la perfusion tissulaire. Il y a 3 principaux systèmes de récepteurs volémiques ou plus exactement de récepteurs sensibles à la pression qui peuvent activer des systèmes spécifiques régulant à la fois la résistance vasculaire systémique et l'excrétion de sodium :
- des récepteurs dans l'artériole afférente préglomérulaire qui régule l'activité du système rénine-angiotensine-aldostérone,
- des récepteurs du sinus carotidien qui régulent l'activité du système nerveux sympathique,
- des récepteurs cardiaques auriculaires qui régulent la libération des peptides natriurétiques dont notamment l'ANP.
L'angiotensine II et la noradrénaline sont des vasoconstricteurs. L'angiotensine II, l'aldostérone et la noradrénaline favorisent la réabsorption sodée alors que le peptide atrial natriurétique (ANP) est un vasodilatateur qui augmente l'excrétion de sodium. A la suite d'une expansion volémique liée à un apport sodé élevé, la concentration d'ANP augmente alors que le système rénine-angiotensine-aldostérone est supprimé, ces deux modifications favorisant l'excrétion de cet excès de sel. Inversement en cas de déplétion volémique, le système rénine-angiotensine-aldostérone est sympathique sont activés et l'ANP supprimé. Ceci aboutit à la rétention de sodium et la vasoconstriction permettant ainsi le maintien du volume extracellulaire et de la pression artérielle systémique.
Le volume circulant efficace est une entité non mesurable qui reflète la perfusion tissulaire. Le volume circulant efficace varie habituellement directement avec le volume extracellulaire total. Ces deux paramètres sont normalement proportionnels à la quantité totale de sodium de l'organisme dans la mesure où les sels de sodium sont les principaux solutés extracellulaires qui agissent pour retenir l'eau dans l'espace extracellulaire. Ainsi la régulation de la balance sodée par des modifications de l'excrétion urinaire de sodium et la maintenance du volume circulant efficace sont des fonctions très étroitement liées.
Dans certains cas cependant, le volume circulant efficace peut être indépendant du volume extracellulaire, du volume plasmatique, voire même du débit cardiaque.
Par exemple, chez les patients ayant une insuffisance cardiaque congestive, le volume total extracellulaire est augmenté mais le volume efficace est réduit en raison du bas débit cardiaque.
Cependant, même le débit cardiaque ne corrèle pas bien avec la notion de volume circulant efficace, comme le montre le cas des patienets avec une cirrhose hépatique avancée et une ascite. Dans cette affection, le volume extracellulaire est augmenté en raison de la présence de l'ascite. Le volume plasmatique est augmenté en partie en raison de l'accumulation liquidienne dans le système veineux splanchnique à faible débit mais fortement dilaté et enfin le débit cardiaque est souvent élevé en raison de la création de multiples fistules artério-veineuse à travers l'organisme dont les angiomes stellaires cutanés ne représentent qu'une partie visible, ces fistules artério-veineuses court-circuitant la circulation capillaire. Malgré tous les signes suggestifs d'expansion volémique, la plupart de ce fluide en excès est inefficace sur le plan hémodynamique et les patients avec une cirrhose et ascite se comportent comme s'ils étaient en déplétion volémique en raison de cette vasodilatation périphérique marquée. Ceci se traduit par une réduction de la résistance vasculaire systémique totale, une hypotension artérielle contrastant avec une vasoconstriction rénale et un débit d'excrétion urinaire de sodium effondré, souvent inférieur à 10 mmol/jour.
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