Transfert de sodium entre la cellule et le milieu extracellulaire

Les échanges de sodium entre la cellule et le milieu extérieur se font à travers des structures protéiques : le sodium entre dans la cellule par des canaux voltage-dépendants et récepteur-dépendants, des échangeurs, des cotransporteurs; il en sort grâce à la pompe Na+/K+-ATPase.

Canaux sodium dépendants du potentiel

Les canaux sodium dépendants du potentiel, souvent appelés voltage-dépendants, sont formés par une chaîne polypeptidique de glycoprotéines comportant quatre sous-unités transmembranaires avec des résidus tryptophane. En dépit d’une structure de base commune, il existe de nombreuses différences entre les canaux sodiques des différents tissus.

Ces canaux laissent entrer dans la cellule d’autres cations que le sodium mais, du fait de sa concentration très élevée dans le milieu extracellulaire, le Na+ joue le rôle essentiel. La durée d’ouverture d’un canal est de l’ordre d’une milliseconde, temps suffisant pour que 6 000 ions sodium entrent dans la cellule.

Leur ouverture est liée à la dépolarisation. La probabilité pour qu’un canal sodium soit ouvert dépend du potentiel: lorsque la différence de potentiel est de – 40 mVolt, le canal est fermé; lorsque la différence de potentiel est nulle, le canal a une chance sur deux d’être ouvert et lorsque la différence de potentiel atteint + 40 mVolt, les canaux sont ouverts. Ils se referment malgré le maintien de la dépolarisation et passent à l’état dit inactivé. Leur activité peut être modulée par phosphorylation de la partie intracellulaire sous l’influence, par exemple, de la protéine kinase A.

Plusieurs arguments suggèrent qu’un trouble du fonctionnement des canaux sodium voltage-dépendants serait à l’origine de diverses dysesthésies et paresthésies, qu’elles soient d’origine médicamenteuse ou non.

Un certain nombre de substances inhibent l’ouverture des canaux sodium voltage-dépendants :

  • des toxiques comme la tétrodotoxine qui, par son groupement guanidine chargé positivement dans les conditions habituelles de pH, bloque l’entrée du canal,
  • plusieurs médicaments qui agissent au niveau du système nerveux et du coeur, les anesthésiques locaux, certains antiépileptiques et certains antiarythmiques.

Canaux sodium récepteur-dépendants

Les trois principaux exemples de canaux sodium récepteur-dépendants sont les récepteurs nicotiniques présents au niveau de la plaque motrice et des synapses du système nerveux autonome et central, les récepteurs au glutamate de type NMDA (Voir « Acide glutamique, activateur ».) et les récepteurs à la sérotonine, de type 5HT3 (Voir « Sérotoninomimétiques directs ».).

Transport actif secondaire

Les échangeurs et les cotransporteurs utilisent le gradient de concentration ionique créé par la pompe Na+/K+-ATPase pour faire entrer dans la cellule diverses molécules nécessaires à son fonctionnement.

Échangeurs

Les deux principaux échangeurs sont Na+/Ca2+ et Na+/H+ .

  • Echangeur Na+/Ca2+ : L’échangeur Na+/Ca2+ de la membrane plasmique assure un échange bidirectionnel d’ions Na+ et Ca2+ : dans le mode habituel il assure la sortie d’un ion Ca2+ contre l’entrée de trois ions Na+ et dans le mode inverse, c’est-à-dire lorsque la concentration de Na+ intracellulaire s’élève, il assure le transfert en sens opposé, c’est-à-dire la sortie de Na+ et l’entrée de Ca2+ . Le mode de fonctionnement décrit ci-dessus correspond à ce qui se passe au niveau cardiaque, mais cet échangeur est présent dans d’autres tissus  comme la fibre musculaire lisse, les neurones, le segment externe des cônes (rétine) où la stchiométrie de l’échange peut être différente de celle du coeur.
  • Echangeur Na+/H+ : il assure un échange électroneutre : entrée d’un ion Na+ dans la cellule et sortie d’un proton. Son rôle est de réguler le pH intracellulaire en s’opposant à l’acidification. L’amiloride, à doses élevées, l’inhibe.
    L’échangeur Na+/H+ joue un rôle important au niveau du myocarde car, lors d’une ischémie, le pH intracellulaire s’abaisse; lors de la reperfusion, il remonte par activation de l’échangeur Na+/H+. Cette activation augmente l’entrée du Na+ dans la cellule, ce qui déclenche secondairement la mise en route de l’échangeur Na+/Ca2+ qui fait sortir le sodium et entrer le calcium, ce dernier pouvant être à l’origine des altérations cellulaires. Des tentatives pharmacologiques d’inhibition de l’échangeur Na+/H+ par l’amiloride à doses élevées ont été faites.

Co-transporteurs

Les co-transports Na+/acide aminé, Na+/glucose, Na+/Cl, Na+/K+-2Cl, Na+/médiateurs permettent l’entrée dans la cellule de diverses molécules nécessaires à son fonctionnement.

En définitive, c’est le gradient Na+ extra et intracellulaire créé par la pompe Na+/K+-ATPase qui permet au Na+ d’avoir autant d’importance biologique.

Transport actif primaire : Na+/ K+-ATPase

La sortie du sodium hors de la cellule est assurée par la pompe Na+/K+-ATPase. Elle fait sortir trois ions sodium et entrer deux ions potassium, c’est une pompe électrogénique assurant la polarisation cellulaire, c’est-à-dire la création d’une différence de potentiel entre l’intérieur de la cellule et le milieu extracellulaire.

La pompe fonctionne grâce à l’ATP synthétisé par les mitochondries au cours de la respiration cellulaire. Elle est inhibée par la digoxine, ce qui entraîne une élévation de la concentration de sodium intracellulaire et l’activation de l’échange Na+/Ca2+, favorisant l’entrée de calcium (Voir « Inhibiteurs de la Na+/K+-ATPase : Glucosides cardiotoniques ».).