grand oral « En quoi la cinétique chimique est-elle un outil clé pour concevoir les dosages et prescrire efficacement des médicaments ? »

« « Entre un médicament qui soigne et un médicament qui empoisonne, seule la dose fait parfois la différence.

» Cette idée formulée par Paracelse, illustre parfaitement l’importance de respecter les dosages et les temps entre deux prises. Passionnée par le domaine médical et souhaitant devenir pharmacienne, je me suis intéressée à la manière dont les médicaments évoluent dans le corps, et plus particulièrement à leur élimination. J’ai donc choisi de traiter la question suivante : « En quoi la cinétique chimique est-elle un outil clé pour concevoir les dosages et prescrire efficacement des médicaments ? » Pour y répondre, je m’appuierai sur deux molécules très courantes : l’aspirine et le paracétamol.

J’analyserai d’abord leur structure chimique, puis le rôle de la cinétique et du temps de demi-réaction dans la gestion du dosage, avant d’aborder les conséquences d’un mauvais respect de la posologie. 1. L’acide acétylsalicylique, plus connu sous le nom commercial d’aspirine, a pour formule brute C₉H₈O₄. Sur le support, on peut observer sa structure chimique semi-développée, qui fait apparaître deux groupes caractéristiques essentiels : • un groupe carboxyle (-COOH), responsable de son caractère acide, • et un groupe ester (-COO-), qui contribue à sa solubilité dans l’eau. La solubilité, c’est la capacité d’une molécule à se dissoudre dans un solvant, ici l’eau, ce qui est indispensable pour que le médicament passe dans le sang après ingestion. Dans le cas de l’aspirine, cette solubilité est aussi liée à la présence du groupe ester, qui le rend plus hydrophile.

Cette particularité limite aussi son agressivité sur l’estomac, car une bonne solubilité permet une dispersion plus rapide, donc une irritation plus faible de la muqueuse gastrique. Lorsqu’on l’ingère, l’aspirine est transformée par hydrolyse, ce qui signifie qu’elle réagit avec l’eau dans notre organisme pour former : • l’acide salicylique (C₇H₆O₃), qui est la molécule réellement active, • et l’acide acétique (CH₃COOH). Cette transformation est catalysée par les ions H⁺ présents dans l’environnement acide de l’estomac. Nous pouvons donc voir l'équation de transformation : C₉H₈O₄ + H₂O → C₇H₆O₃ + CH₃COOH Le CH₃COOH, une fois libéré, est en grande partie évacué par le foie, mais peut aussi accentuer légèrement l’acidité gastrique, ce qui explique en partie pourquoi l’aspirine peut être irritante pour l’estomac. L’acide salicylique, lui, agit en bloquant les enzymes cyclo-oxygénases, responsables de la douleur, de la fièvre et de l’inflammation. En ce qui concerne le paracétamol, sa structure est un peu différente, comme on peut le voir sur le deuxième schéma chimique. Il contient : • un groupe amide (-CONH₂) à la place du groupe ester, ce qui le rend moins agressif pour l’estomac, car ce groupe est plus stable chimiquement et réagit moins dans l’environnement acide de l’estomac. Le paracétamol est donc mieux toléré sur le plan gastrique que l’aspirine.

Mais cette différence a aussi des conséquences sur sa dégradation : le groupe amide étant plus stable, il est métabolisé principalement dans le foie. Autre point commun important : les deux molécules possèdent un groupement hydroxyle (-OH). Ce groupe joue un rôle fondamental : il permet la formation de liaisons hydrogène avec les molécules d’eau, ce qui facilite la dissolution du médicament dans le sang. Ce sont donc ces groupes fonctionnels qui permettent une bonne diffusion dans le sang et vers les organes cibles.

Ils ne sont pas de simples détails chimiques : ils déterminent la façon dont le médicament est absorbé, transformé et éliminé. Mais comprendre la structure chimique n’est qu’une première étape. Ce qui rend un médicament réellement efficace et sûr, c’est aussi la façon dont il évolue dans le corps au fil du temps. C’est là qu’intervient la cinétique chimique, et notamment un concept central : le temps de demi réaction 2. L’élimination d’un médicament dans l’organisme ne se fait pas d’un coup, mais progressivement. C’est ce qu’étudie la cinétique chimique : c’est la branche de la chimie qui s’intéresse à la vitesse à laquelle les transformations chimiques se produisent. Elle permet donc de modéliser l’évolution de la concentration d’un médicament dans le corps au cours du temps. Dans de nombreux cas, cette disparition suit ce qu’on appelle une cinétique d’ordre 1. Cela signifie que la vitesse d’élimination du médicament dépend directement de la concentration encore présente dans le sang. Autrement dit, plus il y a de médicament dans l’organisme, plus il est éliminé rapidement ; et à mesure que la quantité diminue, l’élimination ralentit. Ce comportement particulier est modélisé par ce qu’on appelle une décroissance exponentielle. La concentration du médicament chute rapidement au début, puis de plus en plus lentement. Elle est décrite par la formule : C(t) = C₀ × e^(–kt) où : • C(t) est la concentration du médicament à l’instant t, • C₀ est la concentration initiale juste après la prise, • k est une constante liée à la molécule et au métabolisme du patient. Sur le support que je montrerai pendant l’oral, on pourra observer une courbe de décroissance exponentielle typique. Cette courbe commence à une concentration maximale (C₀), puis diminue avec le temps selon une courbe qui descend rapidement au début, puis de plus en plus lentement. Une ligne horizontale représentera aussi le "seuil de toxicité" : c’est la concentration au-delà de laquelle le médicament devient dangereux. L’objectif est de maintenir la concentration dans la zone thérapeutique — entre le seuil d’efficacité minimum et ce seuil toxique. C’est ici qu’intervient une notion essentielle : le temps de demi réaction , qu’on note parfois t₁⁄₂, correspond à la durée nécessaire pour que la concentration du médicament diminue de moitié. Sur le support, j'ai représenté une courbe typique représentant la décroissance exponentielle de la concentration d’un médicament dans le sang au cours du temps. La courbe commence à 100 mg/L juste après la prise, puis elle diminue de moitié toutes les 4 heures, car c’est le temps de demi-réaction du médicament dans cet exemple. On observe donc : qu'au bout de 4 heures, il ne reste plus que 50 mg/L après 8 heures 25 mg/L après 12 heures.... »