Causes et mécanismes des lésions enzymatiques
Le maillon central de l'hypoxie tissulaire est la perturbation de la respiration cellulaire et la diminution de l'activité enzymatique. Cela survient sous l'influence de divers facteurs :
- Inhibiteurs de la chaîne respiratoire : blocage des complexes par les cyanures, le monoxyde de carbone (CO), les azides, l'antimycine A et les barbituriques.
- Modifications physico-chimiques : variations de température, modifications de la composition électrolytique et du pH intracellulaire.
- Déficit en cofacteurs : hypovitaminoses et troubles du métabolisme minéral.
En conséquence, les cellules perdent la capacité de capter l'oxygène du sang. Cela s'accompagne d'une diminution de la différence artérioveineuse en oxygène ($C_{a-v}O_2$) et d'une chute du pH sanguin global.
Modification de la composition gazométrique du sang
Dans la forme classique de l'hypoxie tissulaire, les paramètres gazométriques du sang artériel restent dans les limites de la normale. Cependant, les modifications du sang veineux sont spécifiques et traduisent l'incapacité des tissus à assimiler l'oxygène :
| Paramètre | Paramètre | Sens des modifications |
|---|---|---|
| Pression partielle en $O_2$ dans le sang veineux | $P_v O_2$ | ↑ Augmentée |
| Saturation en $O_2$ dans le sang veineux | $S_v O_2$ | ↑ Augmentée |
| Teneur en $O_2$ dans le sang veineux | $C_v O_2$ | ↑ Augmentée |
| Différence artérioveineuse | $C_{a-v} O_2$ | ↓ Diminuée |
Cet état est qualifié d'« artérialisation » du sang veineux, car le sang quittant les tissus conserve des paramètres élevés en oxygène.
Désacouplage de la phosphorylation oxydative
Une variante spécifique de la perturbation du métabolisme énergétique cellulaire est le désacouplage de l'oxydation et de la phosphorylation dans les mitochondries. Dans ce cas, les complexes de la chaîne respiratoire fonctionnent intensément et la consommation d'oxygène augmente fortement, mais la synthèse d'ATP n'augmente pas.
- Rupture énergétique : la majeure partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur, provoquant une hyperthermie.
- Désacouplants endogènes : excès d'ions calcium, acides gras libres, protéine thermogénine, ainsi que les hormones thyroïdiennes (thyroxine, triiodothyronine).
- Désacouplants exogènes : 2,4-dinitrophénol, dicoumarine, pentachlorophénol et gramicidine.
Types substrat et de surcharge
La pathologie de l'oxydation biologique peut également se développer selon d'autres scénarios, où l'apport en oxygène n'est pas altéré :
- Type substrat : survient en raison d'un déficit en substrats d'oxydation (le plus souvent le glucose). Il conduit à une chute du taux d'ATP, de créatine phosphate et à une altération du potentiel de membrane des cellules.
- Type de surcharge : se développe lors d'une fonction excessive d'un organe sur fond d'apport sanguin insuffisant. La vitesse de consommation de l'ATP dépasse la vitesse de sa resynthèse, ce qui conduit à une insuffisance énergétique marquée.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quelles enzymes ou quels complexes spécifiques de la chaîne respiratoire sont bloqués par les cyanures ?
Les cyanures bloquent la partie terminale de la chaîne de transport des électrons — le Complexe IV.
- Enzyme inhibée : la cytochrome c oxydase.
- L'anion cyanure se lie au fer ferrique ($Fe^{3+}$) dans l'hème $a_3$ de la cytochrome c oxydase.
En raison du blocage du Complexe IV, les tissus ne peuvent pas consommer l'oxygène du sang. Le sang veineux reste oxygéné ($HbO_2$), conserve une couleur rouge vif, c'est-à-dire qu'il se produit une artérialisation du sang veineux. Une hypoxie tissulaire, ou histotoxique, se développe ; les cellules du système nerveux central meurent par manque d'ATP, malgré la présence d'oxygène dans le sang.
La carence de quelles vitamines spécifiques conduit au développement d'une hypoxie tissulaire par manque de cofacteurs ?
Les sources mentionnent les hypovitaminoses en vitamines $B_1$, $B_2$ et $PP$.
Leur déficit appartient aux formes tissulaires d'états hypoénergétiques : le fonctionnement des enzymes de la chaîne respiratoire et des voies communes du catabolisme est altéré, ce qui est lié à une diminution de la synthèse d'ATP.
Plus particulièrement pour le déficit en $B_1$ : il peut provoquer un dysfonctionnement du complexe de la pyruvate déshydrogénase, bloquant l'oxydation aérobie du pyruvate et déplaçant la réaction vers la formation de lactate.
Hypoxie tissulaire : les enzymes dorment, l'oxygène dans le sang augmente (le sang veineux s'« artérialise ») et l'ATP se transforme en chaleur.
Questions des cours et des examens
Pourquoi la tension en oxygène dans le sang veineux augmente-t-elle en cas d'hypoxie tissulaire ?
En raison de l'inhibition des enzymes de la chaîne respiratoire, les cellules ne peuvent pas capter et utiliser l'oxygène du sang circulant. Par conséquent, le sang retourne au cœur en conservant des taux élevés de saturation et de pression partielle.
Quelle est la différence entre l'inhibition enzymatique et le désacouplage de la phosphorylation oxydative ?
Lors de l'inhibition des enzymes, la consommation d'oxygène par les cellules chute, tandis qu'en cas de désacouplage, elle augmente fortement, mais dans les deux cas, la synthèse normale d'ATP est perturbée, le désacouplage s'accompagnant en outre d'une libération excessive de chaleur.
Quelles sont les modifications de la composition gazométrique du sang caractéristiques de l'hypoxie de type substrat ?
Les anomalies de la composition gazométrique et du pH sanguin dans le type substrat sont similaires à celles observées dans l'hypoxie tissulaire classique, bien que la cause soit un déficit en glucose et non un blocage enzymatique.
À étudier également sur le sujet
- Caractéristique des désacouplants endogènes et exogènes de la phosphorylation oxydative
- Modifications électrophysiologiques dans l'hypoxie de type substrat (variation du potentiel de membrane)
- Causes et pathogenèse de la forme de surcharge de l'hypoxie
- Mécanismes des types mixtes d'hypoxie lors d'intoxications et d'hémorragies massives
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