La diffusion et la loi de Fick
- Concept
- Priorité pour les examens : moyenne
Les molécules vont de là où elles sont nombreuses vers là où elles le sont moins ; la loi de Fick dit à quelle vitesse.
Aussi appelé: Loi de Fick, Coefficient de perméabilité
De quoi s'agit-il
La diffusion est le mouvement net de molécules selon leur gradient de concentration, entraîné uniquement par l'agitation thermique. La loi de Fick résume ce qui en fixe la vitesse : elle augmente avec le gradient, la surface et la liposolubilité, et diminue avec l'épaisseur de la barrière et la taille de la molécule. La même loi régit les échanges gazeux dans le poumon, le placenta et les tissus.
Données clés
- La diffusion agit sur de courtes distances (microns) ; les plus longues exigent un flux de masse (sang, ventilation).
- Le temps de diffusion croît avec le carré de la distance : une distance doublée prend environ quatre fois plus de temps.
- Le coefficient de perméabilité regroupe liposolubilité, coefficient de diffusion et épaisseur : P = D × K / Δx.
- Dans un capillaire pulmonaire normal, le globule rouge s'équilibre avec l'O₂ alvéolaire dès le premier tiers de son transit ; il existe une réserve.
Équations
- J
- flux net
- P
- coefficient de perméabilité
- A
- surface
- C1 − C2
- différence de concentration
P = D × K / Δx, avec K = coefficient de partage (liposolubilité) et Δx = épaisseur.
- A
- surface
- T
- épaisseur
- D
- ∝ solubilité / √poids moléculaire
- P1 − P2
- différence de pression partielle
Base de la capacité de diffusion pulmonaire (DLCO).
Ce qui modifie la vitesse de diffusion
| Facteur | Effet | Exemple clinique |
|---|---|---|
| Différence de concentration ou de pression | Gradient plus grand, flux plus grand | L'oxygène d'appoint élève la PO₂ alvéolaire |
| Surface | Plus de surface, plus de flux | Emphysème : perte des parois alvéolaires |
| Épaisseur de la barrière | Plus épaisse, moins de flux | Fibrose pulmonaire, œdème interstitiel |
| Liposolubilité | Plus soluble, plus de flux | L'O₂, le CO₂ et les anesthésiques traversent la bicouche |
| Taille moléculaire | Plus grande, moins de flux | Les protéines ne passent pas ; l'eau passe (aussi par les aquaporines) |
Corrélation clinique
- Fibrose pulmonaire : la barrière épaissie abaisse la DLCO ; la désaturation apparaît d'abord à l'effort, quand les globules rouges passent plus vite.
- Emphysème : moindre surface d'échange et DLCO basse ; dans l'asthme pur, la DLCO est habituellement normale.
- Altitude (Bogotá, ≈2600 m) : la PO₂ alvéolaire est plus basse, et le gradient de diffusion aussi ; une pneumopathie légère se manifeste plus tôt qu'au niveau de la mer.
Testez-vous
Réfléchissez à la réponse, puis touchez la question pour la voir.
Dans la fibrose pulmonaire, pourquoi la saturation baisse-t-elle à la marche mais pas au repos ?
Au repos, le temps suffit pour s'équilibrer malgré la barrière épaisse ; à l'effort, le débit cardiaque augmente, les globules rouges passent plus vite et la diffusion ne peut s'achever.
Si l'O₂ et le CO₂ ont des poids voisins, pourquoi le CO₂ diffuse-t-il environ 20 fois plus vite ?
Il est bien plus soluble dans l'eau et les tissus ; dans la loi de Fick, le coefficient de diffusion dépend surtout de la solubilité.
Que devient le flux si l'épaisseur double et la surface diminue de moitié ?
Il tombe au quart : le flux est proportionnel à la surface et inversement proportionnel à l'épaisseur.
Pourquoi la diffusion suffit-elle à l'intérieur d'une cellule mais pas pour transporter l'O₂ du poumon au pied ?
Le temps de diffusion croît avec le carré de la distance : des microns prennent des millisecondes ; des mètres prendraient des années. C'est pour cela qu'il existe une circulation.
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Contenu pédagogique de physiologie ; ce n'est ni un guide diagnostique ni un guide thérapeutique et il ne remplace pas l'avis d'un professionnel de santé. Les valeurs sont des références approximatives. Aucune posologie n'est indiquée.
Sources: Physiology, Membrane (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2023).
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Modèle représentatif, à des fins éducatives uniquement.