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Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: dépend de l’épaisseur de la barrière gaz-sang
Inflammation des bronches
BPCO
BPCOsévère
Inflammation des alvéoles
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: équilibre des pressions
100
0.00 0.25 0.50 0.75
PO
2 (
mm
Hg)
Temps dans le capillaire (s)
50
0
Alvéolaire
Exercice
BPCO Sévère
BPCO
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: de l’oxygène
La PO2 dans un globule rouge (PaO2) est normalement de 40mmHg. De l’autre côté de la barrière gaz-sang, à seulement 0.3 m, la PO2 alvéolaire (PAO2) est de 100 mmHg. L’O2 suit cet important gradient de pression, et la PaO2 s’élève rapidement. Elle atteint la PO2 du gaz alvéolaire au moment où l’hématie se trouve seulement au tiers de son parcours le long du capillaire. Ainsi dans des conditions normales les réserves de diffusion sont considérables.
Toutefois si la barrière gaz-sang est épaissie par une affection pulmonaire de telle sorte que la diffusion soit entravée, la vitesse d’accroissement de la PaO2 dans le globule rouge est ralentie (cas de la BPCO).
Autre cas: un exercice musculaire épuisant à très haute altitude est l’une des rares situations où il est possible de démontrer une anomalie de diffusion de l’O2.
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: vitesse de réaction avec l’hémoglobine
Distance entre membrane et globule rouge
Fixation avec
l’hémoglobine
La distance de la paroi alvéolaire au centre du globule rouge dépasse est importante.
1. une partie da la résistance à la diffusion se situe à l’intérieure du capillaire.
2. Autre résistance: la vitesse de réaction de l’O2 avec l’hémoglobine dans le globule rouge.
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobineLa résistance du sang est essentiellement représentée par les globules rouges (GR), la résistance opposée par le plasma étant minime. Le transfert sur les GR se fait sur un milieu mobile et non à travers une structure fixe comme la membrane. Les cinétiques respectives de la fixation globulaire et de la circulation sanguine capillaire peuvent donc interférer l’une avec l’autre. Ainsi, la fixation diminue si la combinaison est lente ou si la vitesse circulatoire est élevée.La résistance à la diffusion qu’oppose les GR et la relative lenteur de la réaction chimique avec l’hémoglobine sont considérées comme les facteurs essentiels qui limitent la diffusion de l’O2.
hémoglobine
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
Rappel: le sangIl est composé de globules rouges (érythrocytes, hématies), de globules blancs (leucocytes) et de plaquettes en suspension dans le plasma.
Globule rouge
Globule blanc
Plaquette
1 litre de sang artériel contient: 0.03 ml d’O2 dissout et 197 ml lié à l’hémoglobine. Soit 200 ml d’O2 par litre de sang
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
Rappel: le sangL’hématocrite est la fraction du volume sanguin qu’occupent les globules rouges: sa valeur normale est de 40 à 45%. C’est dans les globules rouges qu’est contenu le transporteur d’oxygène: l’hémoglobine (Hb). Elle a l’arrangement d’un tétraèdre.
Détail de la molécule
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
Ce tétraèdre est construit par la juxtaposition de quatre unités: 2 unités , 1 et 2 et 2 unités , 1 et 2. La configuration des 4 unités aménage une sorte de poche à la surface de la molécule: c’est là que se loge le groupe hème composé d’un atome de fer.
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
Schématiquement la fixation de l’O2 se fait selon la séquence suivante:- fixation de l’O2 sur le fer de l’hème- changement de configuration de la molécule- déplacement de l’O2 sur l’unité 1 , cette fixation est la plus difficile, mais elle facilite la fixation des suivantes- fixation de l’O2 sur 2 - fixation de l’O2 sur 1- fixation de l’O2 sur 2
Plus l’O2 vient se fixer sur la molécule, plus l’affinité de celle-ci pour l’O2 augmente.
12
1 2
Fe
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
100
0 20 40 60 80 100 120 140
Satu
rati
on d
e H
b (
SaO
2 ,%
)
PaO2 (mmHg)
60
0
20
40
80
Fig. Courbe de dissociation de l’O2.
pH = 7.4PaCO2 = 40 mmHgT° = 37 ° C
O2 + Hb -- HbO2
P50
27
98
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
100
0 20 40 60 80 100 120 140
Satu
rati
on d
e H
b (
SO
2 ,%
)
PO2 (mmHg)
60
0
20
40
80
Fig. Courbe de dissociation de l’O2.
Point artérielD’importantes variations de PaO2 sont possibles sans que SaO2 ne varie.
VA peut varier sans affecter SaO2
.
Point veineuxDe petites variations de PvO2 entraînent d’importantes modifications de SvO2
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
100
0 20 40 60 80 100 120 140
Satu
rati
on d
e H
b (
SaO
2 ,%
)
PaO2 (mmHg)
60
0
20
40
80
Fig. Courbe de dissociation de l’O2.
pH = 7.4PaCO2 = 40 mmHgT° = 37 ° C27
P50
pHPCO2
2,3 DPGT°
pHPCO2
2,3 DPGT°
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobinePartie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
Facteurs modifiant l’affinité:
CO2
Le CO2 réagit directement avec la molécule d’Hb et modifie les liaisons internes de l’Hb. De cette façon le CO2 diminue l’affinité de l’Hb pour l’O2.
L’H+
L’ion H+ modifie l’affinité de l’Hb pour l’O2 en agissant directement sur la structure de la molécule qui relie les unités entre elles. Cet effet de l’ion H+ est appelé effet « Bohr ». Son action est importante et rapide. Il joue un rôle non négligeable dans le transport d’O2: lorsqu’il le pH baisse, il dévie la courbe de dissociation de l’O2 vers la droite et facilite ainsi la meilleure libération d’O2 au niveau tissulaire.
Le 2,3DPGC’est un métabolite dont la concentration est élevée dans les globules rouges. Son action s’opère entre les unités 1 et 2 entraînant une baisse de l’affinité pour l’O2.
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: réaction avec l’hémoglobineFacteurs modifiant l’affinité:
La températureL’augmentation de température du sang réduit l’affinité de l’Hb pour l’O2 et vice versa.
pHPCO2
2,3 DPGT°
pHPCO2
2,3 DPGT°
AffinitéSang
artériel
AffinitéSang
veineux
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: débit capillaire pulmonaire
Qcap à l’exercice
Qcap au repos Temps de transit =
0.75 s
Temps de transit = 0.25 s
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion:débit capillaire pulmonaire
Au cours de l’exercice intense le débit sanguin pulmonaire est fortement augmenté et le temps de passage du globule rouge dans le capillaire peut être réduit jusqu’au tiers de sa valeur normale. Par conséquent le temps disponible pour l’oxygénation est moindre, mais chez des sujets sains il n’y a pas de diminution de la PaO2 à la fin du capillaire.
Comment une adaptation de la circulation pulmonaire permet le maintien des échanges gazeux.
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion:adaptation circulatoire
Artère pulmonaire
Réseau capillaire
veines pulmonaires
VD
OD
VG
OG
La circulation pulmonaire est la seule circulation d’organe qui voit passer la totalité du débit cardiaque.
Qc repos.5 l.min-1 5 l.min-1
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: adaptation circulatoire
Qc exercice Intensité faible
.15 l.min-1 15 l.min-1
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2.3 La diffusion: adaptation circulatoire
Recrutement des zones vasculaires pas ou peu perfusées permet de répondre à l’augmentation du débit et de la pression sanguine et permet d’augmenter la surface d’échange.
Qc exercice Intensité moyenne
.20 l.min-1 20 l.min-1
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: adaptation circulatoire
Tout le réseau pulmonaire est recruté et perfusé.
Qc exercice Intensité forte
.30 l.min-1 30 l.min-1
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: adaptation circulatoire
Tout le réseau pulmonaire est recruté . il y a une distension des vaisseaux.
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: adaptation circulatoire
Le recrutement: la distribution du débit sanguin au sein du poumon est hétérogène. La décroissance du débit sanguin est quasiment linéaire de la base au sommet. Le recrutement des zones peu perfusées représente le mécanisme principal qui permet une diminution des résistance pulmonaire lorsque le débit cardiaque augmente.
La distension: du fait de leur faible épaisseur et de leur propriété élastique, les vaisseaux pulmonaires sont distensibles. Le rayon des vaisseaux varie avec la modification de pression et de flux.
Ces deux propriétés mécaniques de la circulation pulmonaire permettent de lutter contre l’augmentation de la pression sanguine mais aussi de palier à la baisse du temps de transit des globules rouges en augmentant la surface d’échange pulmonaire et le volume sanguin capillaire.
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.3 La diffusion: adaptation circulatoire
1.0
5 10 15 20 25 30 35
Tem
ps
de t
ransi
t (S
)
Débit cardiaque (l.min-1)
0.6
0
0.2
0.4
0.8
Volu
me s
anguin
capill
air
e (
ml)
180
140
80
100
120
160
200
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
Comment une combinaison harmonieuse entre débit gazeux et débit sanguin détermine les
échanges gazeux
2.4 Le rapport Ventilation/ Perfusion
VA/Q. .
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.4 Le rapport VA/Q. .
Différences régionales de la ventilation
Xenonradioactif
Compteur de radiation
Zone INF Médiane SUP
Venti
lati
on/u
nit
é a
lvéola
ire
Distance
60
0
20
40
100
80
Les régions inférieures du poumon ont une meilleure ventilation que les zones supérieures
Compteur de radiation
Base Sommet
Débit
sanguin
/unit
é d
e v
olu
me
Distance à partir de la base du poumon(cm)
50
0
100
150
0 5 10 15 20 25
Xenonradioactif
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.4 Le rapport VA/QDifférences inégales du débit sanguin
Le débit sanguin décroît presque linéairement de la base au sommet, atteignant des valeurs très basses au sommet. Cette distribution est changé par l’exercice.
. .
5 4 3 2 1
L/m
in et
en %
du v
olu
me p
ulm
onair
e 0.15
0
0.05
0.1
Rapport
venti
lati
on/p
erf
usi
on
1
2
3
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.4 Le rapport VA/Q. .
Base Sommet
Q > VA
Q < VADébit sanguin
Ventilation
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.4 Le rapport VA/Q. .
1
10
10
10
10
1
VA/Q= 0.1. .
VA/Q= 1. .
VA/Q= 10. .
Sang veineux Sang artériel
PO2= 45 mmHg PO2= 100 mmHg
50 mmHg
110 mmHg
120 mmHg
Mélanges des sangs capillaires
Partie 2: Transport de l’O2, Étape pulmonaire
2.4 Le rapport VA/Q. .
Il existe physiologiquement un certain degré d’hétérogénéité au niveau du rapport ventilation perfusion chez le sujet normal. Car le ventilation alvéolaire diminue des bases aux sommets. De plus, la perfusion diminue aussi des bases aux sommets, due aussi à l’effet de la gravité.
Cette hétérogénéité est responsable des variations régionales de la composition du gaz alvéolaire et du sang capillaire.
Les conséquences de cette hétérogénéité sont cependant modestes. Chez le sujet normal on peut estimer que la PaO2 est inférieure de 5 à 10 mmHg à celle théoriquement possible avec un poumon homogène.