L’osmose et son rôle en biologie et en santé humaines
Coupe transversale d’un rein humain (Mohammed Haneefa Nizamudeen, iStockphoto)
Coupe transversale d’un rein humain (Mohammed Haneefa Nizamudeen, iStockphoto)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Apprenez comment et où se produit l’osmose dans le système digestif et le système excréteur et familiarisez-vous avec son rôle dans la dialyse.
Introduction
Imaginez que vous jouez au basketball avec vos amis par une chaude journée d’été. À la fin du match, vous décidez de boire de l’eau pour étancher votre soif. Vous êtes-vous déjà demandé comment votre corps absorbe ce liquide?
Votre organisme absorbe l’eau par osmose. Nous verrons comment l’osmose se produit et pourquoi ce phénomène est important pour notre corps.
Qu’est-ce qu’une membrane semi-perméable?
Avant d’aborder le sujet de l’osmose, vous devez comprendre certains faits importants concernant les cellules. Dans votre corps, les cellules sont entourées d’une structure semblable à une paroi appelée membrane cellulaire (aussi connue sous le nom de membrane cytoplasmique). Cette membrane est semi-perméable, ce qui signifie que seules l’eau et de très petites molécules peuvent la traverser.
Pourquoi cette membrane semi-perméable est-elle importante? Son importance tient au fait que l’eau doit la traverser pour circuler d’un endroit à un autre dans votre corps.
Que sont les solutés et les solvants?
On parle d’osmose lorsque des molécules d’eau passent d’un endroit à faible concentration de solutés à un endroit à forte concentration. Pour mieux comprendre ce phénomène, nous devons aborder les solutés et les solvants. Un soluté est une substance qui peut se dissoudre dans un solvant. Les substances qui ont cette propriété sont dites « solubles ». En dissolvant un ou plusieurs solutés dans un solvant, on obtient une solution. Le sucre et le sel sont deux substances qui peuvent se dissoudre dans l’eau.
Le savais-tu?
On dit que l’eau est un « solvant universel », car on peut y dissoudre de nombreuses substances.
Qu’est-ce que la concentration?
Vous avez peut-être déjà entendu parler de certains « produits concentrés », par exemple du détergent à lessive ou du jus d’orange. Le terme « concentré » fait référence à la quantité de soluté par rapport à celle de solvant dans une solution. Lorsque le soluté est en grande quantité par rapport au solvant, on dit que la solution est concentrée. Lorsqu’il est en petite quantité, on dit qu’elle est diluée.
Le savais-tu?
L’eau du robinet est en réalité une solution! En effet, cette eau ne contient pas uniquement du H2O (eau). Cette eau renferme aussi des minéraux, notamment du calcium. Dans l’eau du robinet, les minéraux sont les solutés et l’eau est le solvant.
Le savais-tu?
Le terme osmolarité (ou concentration osmotique) désigne la concentration globale de tous les solutés dans la solution.
Lorsque des solutions ayant chacune une osmolarité différente sont séparées par une membrane laissant passer l’eau mais non les solutés, l’eau passe du côté à basse osmolarité (forte concentration d’eau) à celui à haute osmolarité (faible concentration d’eau).
C’est le passage de l’eau entre deux zones qui permet aux plantes et aux animaux de maintenir l’équilibre de leurs niveaux d’eau et de nutriments. Chez les organismes vivants, ce phénomène s’appelle l’homéostasie. C’est un peu comme dans l’histoire de Boucle d’or et des trois ours : les organismes aiment que tout ne soit ni trop chaud ni trop froid – juste à la bonne température!
L’osmose et notre système digestif
Alors, maintenant que vous en savez un peu plus sur l’osmose, le moment est venu de parler de notre système digestif, c’est-à-dire les organes de notre corps qui transforment la nourriture et les boissons que nous consommons.
La digestion débute dans la bouche. La nourriture et les liquides passent ensuite dans l’œsophage, puis dans l’estomac, où les aliments sont fragmentés et mélangés aux sucs gastriques pour former un liquide appelé chyme. Le chyme passe par la suite dans l’intestin grêle – où se produit l’osmose.
L’osmolarité du chyme est plus basse que celle des cellules épithéliales tapissant la paroi intestinale. Pour atteindre l’homéostasie, l’eau pénètre donc dans ces cellules en traversant leur membrane semi-perméable et en transportant les petits nutriments. L’eau et les nutriments traversent les cellules des capillaires, qui se trouvent près des cellules épithéliales, et entrent ainsi dans la circulation sanguine.
Le savais-tu?
Graphique - Version textuelle
Le chyme passe de l’estomac à l’intestin grêle. Dans l’intestin grêle se trouvent des replis de tissu appelé villosités. L’eau passe à travers les cellules épithéliales des villosités, puis dans les capillaires dans lesquels circulent le sang.
L’osmose et tes reins
L’eau contenue dans notre sang se rend ensuite aux reins, qui constituent des organes particulièrement complexes. Les reins ont eux aussi recours à l’osmose.
Les reins se composent de deux parties, le cortex (zone interne) et la médullaire (zone externe).
Dans chaque rein, des groupes de cellules appelées pyramides rénales (aussi appelées pyramides de Malpighi) renferment les néphrons, qui ressemblent à une série de tuyaux interconnectés. Les néphrons jouent un rôle important, car ils aident à filtrer les déchets présents dans notre sang afin de les éliminer dans l’urine.
La plus grande partie de chaque néphron se trouve à l’intérieur de la médullaire. L’osmolarité est plus haute dans l’environnement de la médullaire qu’à l’intérieur des néphrons. Tu te rappelles sans doute ce que cela signifie – l’osmose est à l’œuvre! L’eau quitte donc le néphron en traversant la membrane semi-perméable pour pénétrer dans la médullaire. Les néphrons produisent alors une urine concentrée, qui passe ensuite par l’uretère pour se rendre à la vessie.
Dialyse
Comme vous pouvez le voir, tes reins jouent un rôle essentiel dans notre corps. Mais que se passe-t-il si l’un de tes reins ne peut plus remplir sa fonction? Quand cela se produit, les médecins ont recours à la dialyse pour aider les patients.
Un dialyseur (parfois appelé rein artificiel) est un appareil qui utilise lui aussi une membrane semi-perméable et fonctionne à peu près de la même manière qu’un néphron. Une pompe pousse le sang vers une membrane artificielle servant de filtre. Sous l’effet de l’osmose, l’eau présente dans le sang et de très petites molécules de déchets traversent la membrane pour passer dans le liquide de dialyse. À la longue, ce liquide élimine le maximum de déchets possible du sang. C’est pourquoi la dialyse peut sauver la vie des patients atteints d’une maladie rénale.
Est-ce l’osmose qui fait plisser la peau des doigts dans l’eau?
Vous avez sûrement remarqué que la peau des doigts plisse quand nous restons dans la baignoire très longtemps. Vous pensez peut-être que, sous l’effet de l’osmose, l’eau sort des cellules des doigts pour se répandre dans l’eau du bain. C’est ce que les médecins pensaient autrefois.
Dans les années 1930, les médecins T. Lewis et G.W. Pickering ont observé que la peau ne plissait pas chez les personnes ayant des lésions aux nerfs des doigts. Si la peau des doigts plissait uniquement en raison de l’osmose, les lésions nerveuses n’auraient aucune incidence sur ce phénomène! Ces médecins découvrirent donc qu’en réalité, ce phénomène serait attribuable au système nerveux sympathique.
Les nerfs du système nerveux sympathique représentent un type de nerfs particuliers qui contribuent à la vasoconstriction, autrement dit au rétrécissement des vaisseaux sanguins. Les nerfs font plisser la peau sur nos doigts. Les plus agissent comme les rainures des pneus. Cela nous permet d’obtenir une meilleure prise sur les choses dans l’eau. Nos ancêtres avaient peut-être un avantage à avoir la peau des pieds plissés afin de leur permettre une meilleure adhérence sur les terrains mouillés.
Résumons ce que nous avons appris :
- L’osmose se produit lorsque l’eau passe d’une zone à FAIBLE concentration de soluté (basse osmolarité) à une zone à FAIBLE concentration ÉLEVÉE de soluté (haute osmolarité) en traversant une membrane semi-perméable.
- L’osmose est l’un des moyens les plus importants utilisés par les plantes et les animaux pour réaliser l’homéostasie. Maintenir les conditions du corps stables est nécessaire à la survie des êtres vivants.
- L’osmose joue un rôle important dans notre corps, en particulier dans le système digestif et les reins. Elle aide à extraire les nutriments des aliments et à retirer les déchets du sang.
C’est beaucoup d’information. Je le reconnais. Alors, il est peut-être temps de boire un peu d’eau et de prendre une collation!
Amorces de discussion
- Quel signal t’indique que ton corps a besoin d’eau?
- Avez-vous à la maison des produits qui sont concentrés? Le cas échéant, dois-tu les diluer avant de les utiliser? Justifie ta réponse.
- Quels avantages y a-t-il à vendre un produit sous une forme concentrée?
- Sur le plan économique, quels sont les avantages et les inconvénients de la technique de dialyse à la disposition des personnes ayant une fonction rénale déficiente?
- Est-ce qu’un programme de don d’organes volontaire est en place dans ta province ou ton territoire? Ce type de programme est-il vraiment nécessaire vu qu’il existe une technique permettant d’aider les personnes qui souffrent d’une insuffisance rénale. Justifie ta réponse.
- Quelle est la différence entre l’osmose et l’osmolarité?
- Qu’est-ce qu’une membrane semi-perméable? Dans le corps humain, qu’est-ce qui traverse une membrane semi-perméable?
- Quel est le rôle de l’osmose dans l’intestin grêle? Et dans les reins?
- Explique comment le dialyseur appuie ou remplace la fonction rénale?
- As-tu une idée des applications de la connaissance de l’osmose et des membranes semi-perméables dans l’industrie alimentaire? (Remarque : Il te faudra faire une recherche supplémentaire pour répondre à cette question.)
- L’article peut servir pour l’enseignement et l’apprentissage de la biologie et de la santé en ce qui a trait aux cellules animales, à l’appareil digestif, à l’appareil excréteur, à l’osmose et à la diffusion. Il introduit les concepts de cellule, de membrane semi-perméable, de soluté, de solvant, d’équilibre, d’homéostasie, de chyme, de cortex, de médullaire, de néphron, de dialyse, de réaction de combat ou de fuite et de vasoconstriction.
- Avant de lire l’article, les élèves peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage axée sur un aperçu du vocabulaire afin de s’appuyer sur leurs connaissances antérieures et de se familiariser avec la nouvelle terminologie. Il est possible de télécharger en format [Document Google] ou [PDF] la fiche reproductible prête à utiliser faisant appel à cette stratégie d’apprentissage pour l’article.
- Après avoir lu l’article, les élèves peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage axée sur une toile de définition du concept afin de consolider les connaissances acquises sur l’osmose. Il est possible de télécharger en format [Document Google] ou [PDF] la fiche reproductible prête à utiliser faisant appel à cette stratégie d’apprentissage pour l’article.
Faire des liens
- Quel signal t’indique que ton corps a besoin d’eau?
- Avez-vous à la maison des produits qui sont concentrés? Le cas échéant, dois-tu les diluer avant de les utiliser? Justifie ta réponse.
Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement
- Quels avantages y a-t-il à vendre un produit sous une forme concentrée?
- Sur le plan économique, quels sont les avantages et les inconvénients de la technique de dialyse à la disposition des personnes ayant une fonction rénale déficiente?
- Est-ce qu’un programme de don d’organes volontaire est en place dans ta province ou ton territoire? Ce type de programme est-il vraiment nécessaire vu qu’il existe une technique permettant d’aider les personnes qui souffrent d’une insuffisance rénale. Justifie ta réponse.
Explorer les concepts
- Quelle est la différence entre l’osmose et l’osmolarité?
- Qu’est-ce qu’une membrane semi-perméable? Dans le corps humain, qu’est-ce qui traverse une membrane semi-perméable?
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- Explique comment le dialyseur appuie ou remplace la fonction rénale?
Nature de la science et de la technologie
- As-tu une idée des applications de la connaissance de l’osmose et des membranes semi-perméables dans l’industrie alimentaire? (Remarque : Il te faudra faire une recherche supplémentaire pour répondre à cette question.)
Suggestions pour l'enseignement
- L’article peut servir pour l’enseignement et l’apprentissage de la biologie et de la santé en ce qui a trait aux cellules animales, à l’appareil digestif, à l’appareil excréteur, à l’osmose et à la diffusion. Il introduit les concepts de cellule, de membrane semi-perméable, de soluté, de solvant, d’équilibre, d’homéostasie, de chyme, de cortex, de médullaire, de néphron, de dialyse, de réaction de combat ou de fuite et de vasoconstriction.
- Avant de lire l’article, les élèves peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage axée sur un aperçu du vocabulaire afin de s’appuyer sur leurs connaissances antérieures et de se familiariser avec la nouvelle terminologie. Il est possible de télécharger en format [Document Google] ou [PDF] la fiche reproductible prête à utiliser faisant appel à cette stratégie d’apprentissage pour l’article.
- Après avoir lu l’article, les élèves peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage axée sur une toile de définition du concept afin de consolider les connaissances acquises sur l’osmose. Il est possible de télécharger en format [Document Google] ou [PDF] la fiche reproductible prête à utiliser faisant appel à cette stratégie d’apprentissage pour l’article.
En savoir plus
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Références
Eden. (2017) A Comprehensive Break Down of Nephron Functioning into Six Easy Steps! http://blog.cambridgecoaching.com/a-comprehensive-break-down-of-nephron-functioning-into-six-easy-steps
Molnar, C. and Gair, J. (2019) 11.1 Homeostasis and Osmoregulation. CONCEPTS OF BIOLOGY – 1ST CANADIAN EDITION. https://opentextbc.ca/biology/chapter/11-1-homeostasis-and-osmoregulation/
National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases Health Information Center. (2017) Your Digestive System & How it Works https://www.niddk.nih.gov/health-information/digestive-diseases/digestive-system-how-it-works
Reasoner, A. (n.d.) Teaching Osmosis and Diffusion through Kidney Dialysis. https://teachers.yale.edu/curriculum/viewer/initiative_11.07.07_u
Thompson, V. (2016, September 29) How Does Osmosis Occur in the Digestive System? https://education.seattlepi.com/osmosis-occur-digestive-system-4874.html
University of California Los Angeles - Chemistry & Biochemistry. (n.d.) Aqueous Solutions - Molarity. https://www.chem.ucla.edu/~gchemlab/soln_conc_web.htm