Solution hypotonique
n., pluriel : solutions hypotoniques
Définition : Solution qui contient moins de solutés qu’une autre solution à laquelle elle est comparée
Définition de la solution hypotonique
Qu’est-ce qu’une solution hypotonique ? Il s’agit d’une solution qui contient une plus faible quantité de soluté par rapport à la concentration de soluté dans l’autre solution à travers une membrane semi-perméable.
Ici, il est important de comprendre ce que signifie une » solution » en science. Une solution en science est désignée comme un système homogène composé de deux ou plusieurs constituants. Les constituants qui sont dissous sont appelés » solutés » et l’autre constituant qui dissout le soluté est appelé solvant.
L’hypotonicité est un terme relatif dans lequel la propriété de la solution est définie par rapport à l’autre solution. En biologie, la majorité des fois, la solution de comparaison est le fluide cytosolique ou le fluide présent à l’intérieur d’une cellule. Ainsi, en biologie, une solution est définie comme hypotonique lorsqu’elle contient une quantité de solutés inférieure à celle du cytosol d’une cellule. La membrane cellulaire est une membrane semi-perméable. Alors, qu’arrive-t-il à une cellule exposée à un environnement hypotonique ? La cellule va-t-elle rétrécir dans une solution hypotonique ? …ou va-t-elle gonfler ? Une cellule exposée au milieu hypotonique aura un afflux d’eau et, en conséquence, un gonflement de la cellule s’ensuit.
Tonicité
Pour avoir une compréhension plus approfondie de ce concept, nous devons comprendre le concept de tonicité. Fondamentalement, la tonicité est un terme de comportement relatif dans lequel la quantité de solutés non pénétrants détermine le comportement ou le mouvement des molécules de solvant à travers une membrane semi-perméable. Il est essentiel de comprendre que cette propriété est régie uniquement par les solutés non pénétrants et non par la quantité totale de solutés. Maintenant avec cette clarté du concept de tonicité, nous pouvons comprendre trois différents types de solutions, à savoir, hypotonique, hypertonique et isotonique.
Hypertonicité
Le préfixe du mot tonicité est » hyper « , qui signifie » plus » ou » excès « . Ainsi, une solution contenant une plus grande quantité de solutés non pénétrants par rapport à l’autre solution à travers une membrane semi-perméable. Considérons une cellule placée dans la solution hypertonique. Dans un environnement hypertonique, la quantité de solutés non pénétrants dans la solution à l’extérieur du cytosol serait supérieure à la concentration cytosolique. En raison de cette différence de concentration, un gradient osmotique est généré à travers la membrane semi-perméable. Il en résulte un efflux ( » écoulement « ) du solvant conduisant au rétrécissement de la cellule.
Isotonicité
Ici, le préfixe du mot tonicité est » iso « , qui signifie » le même « . Par conséquent, lorsque les deux solutions à travers une membrane semi-perméable contiennent la même quantité de solutés non pénétrants, on dit qu’elles sont isotoniques. Dans un tel scénario, en raison de l’absence de gradient osmotique, une cellule ne se rétracte ni ne gonfle, car il n’y a pas de mouvement net des molécules de solvant. En ce qui concerne le sérum sanguin, toute solution dont la tonicité est comprise entre 280 et 300 mOsm/litre est dite isotonique avec le sang. Le chlorure de sodium à 0,9% est l’exemple classique d’une solution isotonique.
Hypotonicité
Le préfixe de la tonicité (qui signifie pousser ou pousser) est » hypo « , qui signifie » bas « . En biologie, l’hypotonie est définie comme des solutions ayant une faible quantité ou concentration des solutés non pénétrants par rapport à l’autre solution à travers une membrane semi-perméable. Ainsi, si une cellule est placée dans une solution hypotonique, la quantité de solutés non pénétrants dans la solution est moindre et la concentration en eau est supérieure à celle présente dans le cytosol. En raison de l’environnement hypotonique, un gradient osmotique est généré, ce qui entraîne le mouvement du solvant ou de l’eau dans la cellule et provoque le gonflement de la cellule. Ainsi, une cellule placée dans une solution hypotonique va gonfler et finalement se lyser. Mais que signifie la lyse ?
Figure 1 : Différence de comportement de la cellule animale et de la cellule végétale dans des conditions hypotoniques, isotoniques et hypertoniques.
La « lyse » est définie comme la perturbation de la membrane cellulaire qui pourrait être induite par un gradient osmotique, viral ou des enzymes. La lyse est le processus de l’activité de lyser. La lyse est définie comme la désintégration de grosses particules en plus petites. Ainsi, ces agents sont décrits comme lytiques qui peuvent entraîner une perturbation complète de la membrane cellulaire rendant la mort cellulaire.
Il est important ici d’avoir une clarté entre des termes similaires : plasmolyse et cytolyse. La plasmolyse est le rétrécissement de la cellule lorsqu’elle est placée dans un environnement hypertonique en raison de l’efflux de l’eau des cellules. Dans les cellules animales, en raison de l’absence de toute paroi cellulaire, la cellule se rétracte. Cependant, dans le cas des cellules végétales, l’efflux d’eau des cellules entraîne la rupture de la membrane cellulaire de la paroi cellulaire et la création d’espaces ou de poches entre la paroi cellulaire et la membrane cellulaire. La cytolyse est observée lorsqu’une cellule est placée dans une solution hypotonique. En raison du gradient osmotique, les molécules d’eau se déplacent dans la cellule, ce qui entraîne un gonflement de la cellule qui finit par éclater et se lyser. La cytolyse n’est observée que dans les cellules animales et les protozoaires. Selon la cellule concernée, la lyse cellulaire peut être qualifiée d' »hémolyse » (lyse des globules rouges), d' »oncolyse » (lyse des cellules cancéreuses), etc.
La présence d’une paroi cellulaire et de vacuoles protège la cellule végétale de la cytolyse. Les vacuoles se chargent de l’excès d’eau, poussant la membrane cellulaire contre la paroi cellulaire, qui exerce à son tour une contre-poussée appelée pression de turgescence. Ainsi, la plasmolyse et la cytolyse sont deux conditions opposées qui se produisent respectivement dans des conditions hypertoniques et hypotoniques.
Voyez cette vidéo ci-dessous pour comprendre la représentation figurative du sort d’une cellule dans des solutions hypertoniques vs hypotoniques.
Exemples de solutions hypotoniques
En biologie, les solutions hypotoniques sont classées en référence au sérum sanguin. En ce qui concerne le sérum sanguin, les solutions ayant une osmolarité inférieure à 280 mOsm/litre sont appelées solutions hypotoniques. Une solution saline hypotonique, c’est-à-dire, chlorure de sodium à 0,45% ou chlorure de sodium à 0,25% avec ou sans dextrose, solution de dextrose à 2,5%, etc sont quelques exemples des solutions hypotoniques par rapport au sérum sanguin et sont utilisées comme solutions intraveineuses hypotoniques.
L’eau est-elle une solution hypotonique ?
L’eau est l’exemple archétypal d’une solution hypotonique. Même si, là encore, cela sera subjectif en fonction de la solution comparée. L’eau est un solvant et l’eau distillée purifiée sera toujours hypotonique par rapport à la solution aqueuse d’un soluté contenant n’importe quelle quantité de ce soluté. L’eau distillée purifiée est dépourvue de toute substance et donc elle est considérée comme hypotonique par rapport à toute solution aqueuse d’un soluté.
Importance biologique des solutions hypotoniques
La tonicité est essentielle au maintien des processus de vie. Les protistes, comme les paramécies et les amibes, sont capables de conserver la structure rigide grâce à la régulation de la tonicité, même s’ils ne possèdent pas de cytosquelette ou de paroi cellulaire. Ces protistes vivent généralement dans un environnement hypotonique, ce qui entraîne un afflux continu d’eau. Pour maintenir la structure cellulaire et empêcher la lyse cellulaire, ces protistes ont un organe spécialisé connu sous le nom de vacuoles contractiles qui fonctionnent pour accumuler un excès d’eau de la cellule et éventuellement jeter cet excès d’eau.
Dans un environnement hypotonique, l’afflux continu d’eau entraîne la génération d’une pression de turgescence dans les cellules végétales. Les plantes utilisent cette pression de turgescence pour fournir une structure et une rigidité à leur structure.
Les champignons (comme les champignons) et les plantes régulent leur environnement afin de maintenir des conditions hypotoniques dans leur cellule. En raison de l’environnement hypotonique, l’afflux d’eau entraînera la génération d’une pression de turgescence. Ainsi, les cellules restent en état d’érection, maintenant la rigidité de leur structure.
Les plantes utilisent également cette pression pour transporter l’eau dans tout leur corps végétal c’est-à-dire des racines à la tige supérieure des plantes. Ainsi, lorsque les plantes ne sont pas arrosées pendant une longue période, un environnement hypertonique est créé autour d’elles et elles perdent la pression de turgescence donnant un aspect flétri.
Lorsque l’on arrose à nouveau ces plantes, la pression de turgescence est régénérée et les plantes retrouvent leur forme et leur structure. Les zones marécageuses et les mangroves ont un environnement très hypertonique en raison de la forte teneur en sel. Une plante normale se fane dans de telles conditions hypertoniques extrêmes. Cependant, les plantes qui existent dans les zones marécageuses et les mangroves se sont adaptées pour créer une condition cytosolique hypertonique dans leurs cellules racinaires. Ainsi, un environnement externe hypotonique résultant autour des racines aide ces plantes à absorber l’eau de l’environnement.
Lire : Régulation de l’eau par les plantes (Tutoriel)
De même, tous les animaux aquatiques vivant dans l’eau de mer ou l’eau douce sont équipés pour contrôler l’effet de l’osmose par un mécanisme connu sous le nom d’osmorégulation. En raison de cette osmorégulation, la teneur en sel de l’eau est essentielle pour la vie aquatique de tout plan d’eau. Les tortues de mer se sont adaptées pour créer un environnement interne hypertonique à l’aide de glandes salines. En raison de l’environnement interne hypertonique, l’environnement externe devient relativement hypotonique pour elles et aide ainsi ces animaux marins à survivre même dans l’environnement hautement hypertonique.
Lire : Régulation de l’eau chez les animaux (Tutoriel)
La tonicité et le gradient osmotique sont la raison pour laquelle les poissons d’eau douce ne peuvent pas survivre dans l’eau de mer et vice versa. L’eau douce est l’un des exemples de solution hypotonique. Ainsi, les cellules des poissons d’eau douce ont une concentration en sel plus élevée que l’eau de la rivière ou du lac qui les entoure. Ces poissons se sont adaptés et ont développé un système pour évacuer en permanence l’excès d’eau de leur corps. Cependant, si les poissons d’eau douce sont exposés à l’eau de mer, les cellules des poissons d’eau douce seront hypotoniques par rapport à l’environnement hypertonique externe. Dans de telles conditions, l’élimination de l’eau de leur corps se produira, ce qui finira par les déshydrater et les faire périr. Ainsi, la fluctuation de la teneur en sel de l’eau affecte drastiquement la population de poissons dans n’importe quel plan d’eau.
Médicalement, la perte de la quantité excessive de sodium par rapport à la perte d’eau entraîne une réduction de l’osmolarité sérique, ce qui conduit à un état connu sous le nom de déshydratation hypotonique (ou hyponatrémie). La réduction de l’osmolarité sérique entraîne un afflux d’eau de l’espace extracellulaire vers l’espace intracellulaire, ce qui provoque un gonflement cellulaire et un œdème. Ce déséquilibre sodique entraîne la manifestation de symptômes neurologiques tels que nausées, maux de tête, confusion, perte de conscience, faiblesse ou disparition du réflexe tendineux, stupeur et léthargie, conduisant finalement au coma et à la mort. Il est important de comprendre que la déshydratation hypotonique est en fait un gonflement cellulaire et un œdème dus à une rétention d’eau excessive. Cet état peut se produire en raison d’une perte excessive de liquide due à une plaie ou à des brûlures, à une diarrhée chronique, à la maladie d’Addison, à une acidose tubulaire rénale, à l’utilisation chronique de liquides hypotoniques intraveineux ou de solution saline ordinaire chez les patients, à la fibrose kystique et à l’utilisation chronique de diurétiques. Comme le prescrivent couramment les médecins, le traitement de la déshydratation hypotonique est initié avec une solution saline hypertonique à 3 % ou une solution saline isotonique à 0,9 % (selon la chronicité de l’affection) ainsi qu’une surveillance continue des taux de sodium sérique afin de prévenir la myélinolyse.
- Lang, I., Sassmann, S., Schmidt, B., & Komis, G. (2014). Plasmolyse : La perte de turgescence et au-delà. Plants (Bâle, Suisse), 3(4), 583-593. https://doi.org/10.3390/plants3040583
- McNab, S., Ware, R. S., Neville, K. A., Choong, K., Coulthard, M. G., Duke, T., Davidson, A., & Dorofaeff, T. (2014). Solutions isotoniques versus hypotoniques pour l’administration de liquide intraveineux d’entretien chez les enfants. La base de données Cochrane des examens systématiques, (12), CD009457. https://doi.org/10.1002/14651858.CD009457.pub2
- Caldwell, F. T., & Bowser, B. H. (1979). Évaluation critique des solutions hypertoniques et hypotoniques pour réanimer les enfants gravement brûlés : une étude prospective. Annales de chirurgie, 189(5), 546-552. https://doi.org/10.1097/00000658-197905000-00002
- Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. (2000). Biologie cellulaire moléculaire. 4th edition. New York : W. H. Freeman ; Section 15.8, Osmose, canaux d’eau et régulation du volume cellulaire. Disponible à partir de : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21739/
- Malińska, L., Rybska, E., Sobieszczuk-Nowicka, E., & Adamiec, M. (2016). Enseigner les relations hydriques dans les cellules végétales : Une lutte difficile. CBE life sciences education, 15(4), ar78. https://doi.org/10.1187/cbe.15-05-0113
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