circulation pulmonaire diffusion transport des gaz
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Circulation pulmonaire Diffusion Transport des gaz. Dr Frédérique Aubourg Service de Physiologie explorations Fonctionnelles Hôpital Cochin. Circulation pulmonaire. VD : Artère pulmonaire : 2 branches : divisions suivant l'architecture bronchique, - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Circulation pulmonaireDiffusion
Transport des gaz
Dr Frédérique AubourgService de Physiologie explorations FonctionnellesHôpital Cochin
Circulation pulmonaire
VD : Artère pulmonaire : 2 branches : divisions suivant l'architecture bronchique,jusqu'aux bronchioles respiratoires et aux alvéoles où réseau capillaire dense, retour par les veines pulmonaires jusqu'à OG.
Débit VD = débit VG : 5 L/min au repos, volume des capillaires pulmonaires : 100 ml
Circulation systémique
Parois artériolaires épaisses, avec du muscle lisse
Circulation pulmonaireParois artériolaires fines, avec peu de muscle lisse
Pressions (mmHg) dans les circulations
Circulation pulmonaire : haut débit, faible pression et résistance faible à l’écoulement
Circulation pulmonaire D = PR
Pression, débit, résistance
• Pression : force exercée par le sang (pression hydrostatique)
• La circulation du sang s'effectue toujours d'une zone de
haute pression vers une zone de basse pression.
• Le débit du sang (D : vol/unité de temps) entre 2 points à l'intérieur d'un tube est déterminé par :
- la différence de pression entre ces 2 points : P = P1- P2 (mmHg)
- la résistance au débit : R
P1 P2
Q ou D D = PR
VD VG
0
25
130P AorteP VG
P APP VD
Les pressions dans le VD et l’Art. Pulmonaire sont 6 à 8 fois plus faibles que dans le VG et l’AorteRVP = RVS / 6 à 8
Aorte APPsyst 120 24 mmHgPdiast 70 8 mmHg
Bien que la pression soit moins élevée au cours de la contraction, le VD éjecte le même volume que le VG.
Les pressions de la circulation pulmonaire
Temps (s)
Débit sanguin pulmonaire et pression artérielle pulmonaire
Lorsque le Dc augmente (exercice), la P augmente plus faiblement (système à basse P) Les résistances dans les vxpulmonaires chutent quand ledébit cardiaque s'accroît
Distension Recrutement
Les différences de pression hydrostatique dans les vaisseaux sanguins entraînent une distribution inégale du débit sanguin.
Distribution du débit sanguin dans le poumon vertical
Echanges gazeux régionaux dans le poumon
• La ventilation augmentelentement du sommetà la base du poumon
• Le débit sanguin croîtplus rapidement
Les rapports ventilation-perfusion sont plus élevésau sommet du poumon, et
plus bas à la base
Effet des modifications des rapports ventilation-perfusionsur la PO2 et la PCO2 dans une unité alvéolaire
SHUNTESPACEMORT
alvéole
VO2
VO2
Echanges gazeuxEchanges gazeux
Consommation d’O2 Production de CO2
Ventilation alvéolaire
VentilationConvection
Transfertalvéolo-capillaire
Diffusion
Transport des gaz par le sang
Convection
Diffusion
VCO2
VCO2
PIO2
PAO2
PaO2 PvO
2
Gaz inspiré
Gaz alvéolaire
Sang artériel
Sang veineux - tissus
mmHgPour les gaz: unité de pression mmHg (100 kPa ~750 mmHg)
Gaz inspiré
Gaz inspiré
PIO2
150 PAO2
PaO2 PvO
2
Gaz inspiré
Gaz alvéolaire
Sang artériel
Sang veineux - tissus
mmHgGaz alvéolaireGaz alvéolaire
Gaz expiré: compositionGaz expiré: composition
alvéole
VO2
VO2VCO2
VCO2
Gaz expiré dépend de:• gaz inspiré• besoins des tissus• ventilation: V’E=FR x VT• V’E=15X0.5=7.5 L/mn
.
Gaz expiré ≠ alvéolaire:• gaz des voies aériennes• ventilation alvéolaire: VA=FR x VAV’A=15X0.350=5.25L/min
VT = VD + VAVD: espace mort, qui ne participe pas aux échanges gazeux
.
Volume courant VT = 500 mL VT=VD + VA
Fréquence respiratoire = 15/mnVentilation courante = 7,5 L/mn
V’E= V’D = V’A
Espace mort = 150 mLVD
Volume alvéolaire VA~ 3 LVentilation alvéolaire V’A
= 5 L/mn
Volume capillaire = 70-100 mL, Fc=70/minDébit sanguin pulmonaire = 5 L/mn
gaz ayant pénétrédans l'alvéole
450 ml
gaz resté dans l'espace mort
150 mlvolumeà inspirer 450 ml
gaz resté dans l'espace mort 150 ml
gaz resté dansl'espace mort
150 ml volumeà expirer 450 ml
volume étant sortide l'alvéole 450 ml
gaz resté dansl'espace mort
150 ml
1 2
3 4
5 6
gaz resté dansl'espace mort
150 ml
gaz resté dans l'espace mort
150 ml
Ventilation / Ventilation alvéolaire: espace “mort”
VT = VA + VD (dead)
PIO2
150PAO
2PaO
2 PvO2
Gaz inhalé
Gaz alvéolaire
Sang artériel
Sang veineux - tissus
mmHgGaz alvéolaireGaz alvéolaire
CO2
PIO2
150PAO
2100 PaO
2 PvO2
Gaz inhalé
Gaz alvéolaire
Sang artériel
Sang veineux - tissus
mmHg
Transfert alvéolo-capillaire
Transfert alvéolo-capillaire
diffusionalvéolo-capillaire
Transfert alvéolo-capillaire
Transfert alvéolo-capillaire
Volume courant VT = 500 mLFréquence respiratoire = 15/mnVentilation courante = 7,5 L/mn
Espace mort = 150 mL
Volume alvéolaire ~ 3 LVentilation alvéolaire
= 5 L/mn
Volume capillaire = 70-100 mLDébit sanguin pulmonaire = 5 L/mn
Transfertalvéolo-capillaire
Diffusion dans les alvéoles
•tout au long de l'arbre aérien la vitesse du gaz diminue
•dans l'alvéole la diffusion est le mécanisme de transport des gaz jusqu'à la surface épithéliale alvéolaire
SangSang
AirAir
COCO22
COCO22
OO22
OO22PIOPIO22 == (P (PBB-PH-PH220) 0) xx FIO FIO22
150 (mmHg) = (760 – 47) x 0,21150 (mmHg) = (760 – 47) x 0,21
PvOPvO22 = 40 mmHg = 40 mmHg PvCOPvCO22 = 46 mmHg = 46 mmHg
Interface alvéolo-capillaireInterface alvéolo-capillaire
PPAAOO22 = 105 = 105 mmHgmmHg
La barrière alvéolo-capillaire
O2
1. Surfactant2. Épithélium alvéolaire3. Espace interstitiel4. Endothélium capillaire5. Plasma (du capillaire
pulmonaire)6. Milieu intérieur du globule
rouge7. Hémoglobine
Diffusion
Tous les gaz passent à travers la paroi alvéolaire par diffusion passive.Le débit de transfert d'un gaz à travers une couche de tissu (Loi de Fick) est :
1. proportionnel à la surface du tissu 2. proportionnel à la différence de pression
partielle du gaz de part et d’autre de la barrière alvéolo-capillaire
3. proportionnel à la solubilité du gaz4. inversement proportionnel à l'épaisseur
du tissu5. inversement proportionnel à son poids
moléculaire
Diffusion
.Vgaz = DL,gaz x P
.Vgaz = S x P x K
E√ PM
K ≈ Sol
DL,gaz = S x DE
DL,gaz =
Vgaz
.
PR = P.
Vgaz
DL,gaz est l’expression de l’inverse d’une résistance
Résistance globale à la diffusion
La diffusion de l'O2 de l'alvéole à l'hémoglobine peut être considéré en 2 étapes :
1. Diffusion de l'O2 à travers la barrière alvéolo-capillaire caractérisée par le facteur membranaire (DM)
La résistance globale à la diffusion est égale à la somme des deux résistances correspondantes.
2. Combinaison de l'O2 avec l‘Hb, caractérisée par la vitesse de liaison de l’O2 à l’Hb (θ) multiplié par le volume capillaire pulmonaire (Vc)
Captation de l'oxygène le long du capillaire pulmonaire
Dans des conditions de repos et chez un sujet sain.
Temps de transit du globule rouge dans le capillaire (s)
Explorations Fonctionnelles du transfert
Epreuve d’exercice: recherche d’hypoxémie
Etude du transfert du CO: DLCO
CO: transfertlimité par la diffusion
Gaz ayant une très grande affinité pour l’hémoglobine
Epreuve fonctionnelle respiratoire explorant le lit vasculaire (Vc)
Analyse gaz• inspiré• expiré
Captation de l'oxygène le long du capillaire pulmonaire (en situation pathologique)
Temps de transit du globule rouge dans le capillaire (s)
Hémoglobine
• Constituée d'une partie protéique, la globine, et de l'hème contenant le fer :
- Globine: protéine formée de 4 chaînes polypeptidiques : 2
chaînes et 2 chaînes ß - hème: composé porphyrine-fer qui lie l'O2
• Hb: molécule allostérique
• 1 molécule d'Hb peut lier 4 molécules d'oxygène
• Pouvoir oxyphorique de l'Hb : 1 g d'hémoglobine peut se combiner au maximum avec 1,39 ml d'O2
• [Hb] = 14 g/100 ml de sang chez la femme et 16 g/100 ml de sang chez l'homme
Hémoglobine : structure
Rappel
• La pression partielle d'un gaz est déterminée par la quantité de gaz présente sous forme dissoute
• La concentration ou contenu d'un gaz dans un liquide est la quantité totale de gaz présente (forme liée + forme dissoute)
Coefficient de solubilité (eau, 37°) de l’O2
= 0,003 ml O2 dissous /100ml sang/mmHg
Dans sang artériel normal : PO2 = 100 mmHg,0,3 ml O2 dissous /100 ml sang
Pouvoir oxyphorique (P.O.) de l’Hb : 1 g d’Hb peut fixer au maximum 1,39 ml d’O2
si Hb = 15 g/100 ml de sang, quantité max. d'O2 liée = capacité en O2 = 1,39 x 15 = 20.85 ml O2/100 ml
Contenu en O2 = O2 fixé à Hb + O2 dissous = 21,15 ml/100 ml de sang
Dans 1L de sang : 211 ml d’O2 gazeux, soit 3 ml d’O2 dissous et 210 ml d’HbO2
HbO2 PO2
HbO2 O2 + Hb
O2 fixé à l’hémoglobi
ne
O2 dissous
Transport sanguin de l’oxygène
SaO2 = X 100Capacité O2
O2 combiné à Hb
PO2 (mmHg)
Satu
rati
on
Hb
(%
)Courbe de dissociation de l’O2
(pour pH = 7,4, PCO2 = 40 mmHg, T = 37°C)
O2 combiné à Hb = P.O. x [Hb] x SaO2/100= 1,39 x 15 x 0,975 = 20 ml
d'O2/100 ml sang
Con
ten
u e
n O
2 (
ml/
100m
l s
i H
b =
15 g
/dl
Courbe de dissociation de l’O2(pour pH = 7,4, PCO2 = 40 mmHg, T = 37°C)
SaO2 = X 100Capacité O2
O2 combiné à Hb
PO2 (mmHg)
Satu
rati
on
Hb
(%
)
Relation entre PO2, SaO2 et concentration en O2
O2 combiné à Hb = P.O. x [Hb] x SaO2/100= 1,39 x 10 x 0,975 = 14 ml d'O2/100 ml sang
Affinité de l'Hb pour l'oxygène
CO2, ions H+: Effet Bohr 2-3 DPG (diposphoglycérate) Température
Diminution de l’affinité : favorable aux tissusAugmentation de l’affinité : favorable à l’hématose
P50 : pression partielle d'O2 pour saturer à 50% l'Hb : Normale : 27 mmHg
quand affinité Hb pour O2 diminue :
Transport du CO2
Il se fait sous 3 formes:
• Dissoute 5%
• Combiné à des protéines : composés carbaminés 5%CO2 + RNH2 R.NH.COOH CO2+Hb.NH2 Hb.NH.COOH
Effet Haldane: Fixation O2 sur Hb facilite libération CO2
• Bicarbonates 90% CO2+H2O H2CO3 HCO3
- + H+
anhydrase carbonique
Transport du CO2
Déplacement des chlorures :Effet Hamburger
H+ + HbO2 H+.Hb + O2
Effet Haldane= facilitation du transfert du CO2 par l'oxygénation
Effet Haldane:Fixation O2 facilite
libération CO2
Courbe de dissociation du CO2