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Composition du sang
Rôle du sang dans le transport de l’oxygène et du gaz
carbonique
MC Becq-Kayal , Hôpital Saint Louis, 2010
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La création de l’énergie
• Les carburants :
– le tissu adipeux
– le glycogène
• L’étincelle : O2
• La réaction oxydative:
– le cycle de Krebs : production d’ATP (x20)
– Si anaérobiose : production de lactates
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Bilan du cycle de Krebs
• Au départ
1 Glucose + 10 NAD + + 2 FAD + 2 ADP + 2 GDP + 4 Pi + 2 H20
• A l’arrivée :
6 CO2 + 10 NADH,H+ + 2 FADH2 + 2 ATP + 2 GTP
• Au total :
– Production d’eau, de CO2, et d’énergie
– Production maximale théorique possible : 38 molécules d’ATP
– Consommation d’oxygène :
• C6H12O6 + 6 O2--> 6 CO2 + 6 H2O
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Besoins métaboliques
• Consommation d’O2 (VO2)
– Dépend du poids et de la taille
– 250ml à 300ml/min au repos
– ↓ de 10 à 15% pendant l’anesthésie
– ↓ par l’hypothermie
• Production de chaleur
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Transport de l’oxygène (O2) et du gaz
carbonique (CO2)
• Le sang sert d’intermédiaire entre les poumons et les
tissus pour assurer leur approvisionnement en O2, et
l’élimination du CO2 produit.
• L’oxygène est nécessaire à la phosphorylation
oxydative, processus biochimique aboutissant à la
production d’énergie stocké sous forme d’ATP, à
partir du glucose
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Role du sang dans le transport en O2
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La respiration
• Fournit de l’oxygène atmosphérique à
l’organisme
• Elimine le CO2 produit
• Les échanges gazeux se font au niveau de la
membrane alvéolo-capillaire et sont régis par
la loi de Dalton
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Loi de Dalton
• Dans un mélange gazeux, la pression partielle d’un gaz
occupant un volume V est la pression qu’exercerait ce gaz s’il
occupait seul le volume V
• La pression partielle d’un gaz donné dans un mélange gazeux
est égale au produit de la pression totale du mélange gazeux
par la proportion du gaz dans le mélange.
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Application
• Dans l’atmosphère :
– P ath = 760 mmHg
– Concentration en O2 = 21 % . Pression de la vapeur d’eau = 0
– => Pression partielle de l’oxygène = 760 x 0,21 = 160 mmHg env.
• L’air inspiré se charge en vapeur d’eau, en CO2 provenant du catabolisme cellulaire, son oxygène diffuse déjà dans les tissus avant d’arriver jusqu’àl’alvéole ; sa pression partielle n’est plus que de 100 mmHg environ.
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Passage de l’oxygène de l’alvéole au sang
Va être conditionné par :
– La surface d’échange offerte par les alvéoles
• 200 millions d’alvéoles
• 100m2
– L’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire.
– La solubilité de l’oxygène dans le sang (coeff de solubilité).
– Et par le gradient de pression partielle de l’O2 entre l’alvéole et le
sang
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La membrane
alvéolo
capillaireplasma
hématie
épithélium
m. basale
endothélium
1 µm
hémoglobine
O2
O2
Le passage de l’oxygène dans le sang va être réduit si :
• La surface d’échange est réduite (emphysème, embolie pulmonaire…)
• L’épaisseur de la membrane alvéolo-capillaire est augmentée : pneumopathies infectieuses.
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Rôle des pressions partielles d’O2 et de CO2 dans les
échanges gazeux au niveau de l’alvéole
artère pulmonaire capillaire veine pulmonaire
40
100
PvO2
45
40
PvCO2
mmHg
PaO2
PaCO2
gradients de diffusion
alvéolo-capillaire
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Transport de l’oxygène
• L’O2 existe dans le sang sous deux formes
– 1.5% Oxygène dissoussa concentration est proportionnelle à la pression partielle d’O2 et au coefficient de solubilité de l’O2
• Représente un faible volume (environ 0,3 mL/100 mL dans le sang artériel systémique)
• Insuffisant: VO2 au repos = 300mL/min impose un DC de 100L/min !!!!!
• ↑↑ à FiO2 = 1 ou hyperbare
– 98.5 % Oxygène combiné à l’hémoglobine
• C’est l’oxyhémoglobine
• Forme majeure de transport de l’oxygène
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La molécule d’hémoglobine
• Les molécules d'hémoglobine (300
millions)sont les constituants principaux
des hématies .
• Les propriétés de cette molécule lui
permettent de fixer de manière
réversible l'oxygène contenu dans le
sang ; l’hémoglobine à laquelle est fixée
l’oxygène s’appelle l’oxyhémoglobine.
• La molécule d'hémoglobine est
composée de 4 sous-unités protéiques
qui contiennent chacune un noyau
(hème) dans lequel se trouve un atome
de fer .
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Facteurs de transport (1)
la nature et la quantité d’hémoglobine
La qualité : Certaines formes d’hémoglobines ne
peuvent transporter l’oxygène
• Hb anormale : la drépanoçytose
• La carboxy hémoglobine : Hb CO (monoxyde de
carbone)
– HB affinité 200 fois plus importante pour le CO que pour
O2
• Méthémoglobine : oxydation du Fe2+ en Fe3+
La quantité : les anémies
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Facteurs de transport(2)
la concentration de l’Hb
Pouvoir oxyphorique : 1,39 mL d’O2
• volume maximum d’O2 que peut lier chaque gramme d’Hb
• 1mole (64500g) d’Hb lie 4 moles d’O2 (22400mL)
Capacité en O2
• Volume d’O2 que peut lier au plus un volume de 100 mL de sang
– Ex : si taux d’hémoglobine = 15 g/100 mL,
– capacité en O2 = 15 x 1,39 mL = 20,8 mL
La saturation en O2 de l’Hb
• Quantité d’O2 réellement combinée à l’Hb exprimée en % de la capacité max en O2 de l’Hb
• Normale 97%, patho <93%, dépend de la PaO2
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Facteurs de transport(3)
la pression partielle d’oxygène
• Relation PO2/SO2 non linéaire : courbe de
dissociation en S de BARCROFT
– 0-15mmHG croissance lente de SO2
– 15-70mmHg croissance rapide de SO2
– Au-delà inflexion et plateau à 100mmHG
• La P50
– PaO2 de 25 à 30mmHg :SaO2 50%
– Apprécie la valeur fonctionnelle de l’Hb
– Quand P50↑, la courbe est déviée vers la droite
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Définitions (3)
• Pression de demi-saturation en O2 (P50)
– PO2 pour laquelle 50% de l’hémoglobine est saturée en O2
– Dans les conditions standard, cette valeur est de 27 mmHg
– Sa valeur diminue lorsque l’affinité de l’hémoglobine pour
l’oxygène augmente = déplacement vers la gauche de la
courbe de dissociation de l’hémoglobine
– Sa valeur augmente lorsque l’affinité de l’hémoglobine
pour l’oxygène diminue = déplacement vers la droite de la
courbe de dissociation de l’hémoglobine
• Augmentation de la température corporelle (exercice physique)
• Diminution du pH ou augmentation de la PCO2
• Augmentation de la PCO2
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Facteurs de transportautres facteurs modifiant l’affinité de l’Hb pour L’O2
• L’effet Bohr
• Rôle du CO2
• Rôle de la température
• Rôle du 2-3 diphosphoglycérate
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Illustration de l’effet Bohr (muscle, à
l’effort)
• Effet Bohr :
– Augmentation
de la PCO2
– => Relargage de
l’O2 là où
l’organisme en
a besoin.
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Représentation graphique de la saturation de l’hémoglobine en fonction de la
pression partielle d’O2 :
courbe de Barcroft (ou courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine)
• La valeur de la P50 diminue
lorsque l’affinité de
l’hémoglobine pour l’oxygène
augmente
– Augmentation locale du pH ou
diminution de la PCO2
– Hypothermie
– Diminution du taux de
diphosphoglycérate (DPG)
• On dit que la courbe se déplace
vers la gauche, ce qui traduit
une augmentation de l’affinité
de l’hémoglobine pour
l’oxygène
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Représentation graphique de la saturation de l’hémoglobine en fonction de la
pression partielle d’O2 :
courbe de Barcroft (ou courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine)
La P50 standard est de 27 mmHg
• La valeur de la P50 augmente
lorsque l’affinité de
l’hémoglobine pour l’oxygène
diminue
– Diminution locale du pH
ou augmentation de la
PCO2
– Augmentation de la t°
– Augmentation du taux de
diphosphoglycérate DPG
• On dit que la courbe se déplace
vers la droite, ce qui traduit une
diminution de l’affinité de
l’hémoglobine pour l’oxygène
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• Ce comportement fait dire à M. Perutz, prix Nobel pour ces travaux sur l'hémoglobine :
• "Dans une solution, la répartition de l'oxygène parmi les molécules d'hémoglobines suit donc la parabole du pauvre et du riche ; "Car à tout homme qui a, on donnera et il sera dans l'abondance, mais à celui qui n'a pas, on enlèvera même ce qu'il a". Ce phénomène suggère une communication entre les hèmes au sein de chaque molécule : les physiologistes l'ont appelél'interaction hème-hème."
• M.Pérutz, la structure de l'hémoglobine et le transport
respiratoire, revue Pour la Science N° 16, page 71.
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En résumé :
• L’hémoglobine a une affinité variable pour l’oxygène
– Elle est plus importante au niveau de l’alvéole pulmonaire, ce qui lui permet
de se charger davantage en O2
– Elle est plus faible au niveau des tissus, là où ont lieu les processus
biochimiques permettant la production d’énergie à partir des glucides, lipides
et protides, et qui sont tributaires d’un approvisionnement adapté en
oxygène.
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Transport de l’oxygène : optimisation de la DO2
• Pour une oxygénation adaptée aux besoins métaboliques des tissus, il
faut
– Une hémoglobine fonctionnelle en quantité suffisante (vecteur)
– Un système de distribution de cette hémoglobine performant
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Le système de distribution de l’oxygène :
le débit cardiaque = VES x FC
• VES
– abaissé si défaut de remplissage (hypovolémie) ou insuffisance cardiaque
• FC
– abaissée par médicaments(bêta-bloquants,) ou bloc auriculo-ventriculaire.
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Transport du CO2
• Le CO2 est issu du cycle de Krebs décrit plus haut.
• Il est transporté par le sang sous trois formes
– CO2 dissous ; le CO2 est 24 fois plus soluble que l’O2, et la forme
dissoute représente 10% du CO2 éliminé par les poumons
– CO2 sous forme d’acide carbonique
• CO2 + H2O => H2C03
• Cette réaction se fait lentement dans le plasma, plus rapidement dans les
globules rouges, grâce à une enzyme, l’anhydrase carbonique
• Le processus inverse se produit au niveau des poumons 60%
– CO2 combiné aux protéines et à l’hémoglobine, la
carbaminohémoglobine
• La combinaison du CO2 à l’hémoglobine est plus facile lorsque l’hémoglobine
est libérée de l’oxygène (effet Haldane)
• Cette forme de transport représente 20à 30% du CO2 transporté par le sang.
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Conclusion
• Au niveau des cellules, l’oxygène permet la création d’ATP, molécule hautement énergétique nécessaire au fonctionnement des systèmes enzymatiques
• Il y est transporté essentiellement par l’hémoglobine, qui doit être fonctionnelle et en quantité suffisante
• La pompe cardiaque joue également un rôle essentiel dans ce transport
• Le CO2 issu des réactions biochimiques permettant la création d’ATP est également transporté par le sang depuis son lieu de production vers les poumons pour une grande partie, où il est éliminé.
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Le Transport en Oxygène à l’hôpital Saint Louis