Post on 19-May-2020
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Physiologie respiratoire
BUI HN
Réanimation Médicale
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Fonction pulmonaire
• Échanges gazeux.
Oxygénation du sang veineux.
Élimination du gaz carbonique (CO2).
• Régulation du métabolisme acido-basique.
• Défenses immunologiques
• Métabolisme de substances inhalées ou circulantes.
• Réservoir sanguin.
Un (tout) petit peu d’anatomie…
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La cage thoracique
1. Manubrium sternal, 2. Angle sternal, 3. Corps du sternum, 4. Appendice xiphoïde, 5. « vraies » côtes, 6. « fausses » côtes, 7. Côtes flottantes, 8. Orifice thoracique supérieur, 9. Orifice thoracique inférieur.
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Les muscles respiratoires : Inspiration
Les muscles inspiratoires principaux :
Diaphragme
Muscles intercostaux externes
Les muscles inspiratoires accessoires :Sterno-cléïdo-mastoïdien
Grand pectoral
Scalènes
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Les muscles respiratoires : Inspiration
Innervation par le nerf phrénique C3 – C4 – C5
Constitué de deux coupoles, à convexitésupérieures, reliés par un centre fibreux.
Sa contraction entraîne son abaissement.
Course normale : 1cm.
Course maximale : 10 cm
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La cage thoracique
Muscles intercostaux externesIls sont inséré à l’extérieur…,
Orienté en bas et en avant.
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Les muscles respiratoires : Inspiration
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Les muscles respiratoires : Inspiration forcée
Muscles inspiratoires accessoires
Élèvent les 2 premières côtes
Élèvent le sternum, et le fixe en inspiration.
Tirage sus sternal
Sus claviculaire
Favorise le soulèvement des 6 premiers arcs costaux
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Les muscles respiratoires : Expiration forcée
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Les muscles respiratoires : Expiration normale
Phénomène passif lié :
Au relâchement du diaphragme qui reprend sa place normale
Au relâchement des muscles intercostaux externes
Aux forces élastiques de rétraction pulmonaire
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La plèvre
Membrane séreuse à deux feuillets enveloppant chacun des 2 poumons.
Les plèvres droites et gauches sont indépendantes l’une de l’autre.
Chaque plèvre est composé de deux feuillets :
Feuillet pariétal : tapisse la face profonde de la cage thoracique
Feuillet viscéral : au contact du poumon, s’insinue dans les scissures inter lobaires.
Entre les deux : l’espace pleural, virtuel sauf situation pathologique (air, liquide, sang…)
Le feuillet pariétal et viscéral se continue l’un avec l’autre sans interruption au niveau du hile pulmonaire.
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La plèvre
Tapissé par des cellules mésothéliales
Sécrétion de liquide pleural : rôle de lubrifiant
En permanence : 5-10 ml (10-20g/l de protéines, glucose, LDH)
Rôle majeur : Transmettre les mouvements de la cage thoracique au poumon.
Du fait des forces élastiques du poumon et de la cage thoracique il y règne en permanence une dépression de –2 à –5 cmH2O en fin d’expiration, avant inspiration.
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La plèvre
Du fait de la pression négative intra pleurale, la cavité pleurale est quasiment virtuelle en situation normale : elle contient entre 5 et 10 ml de liquide pleural…
En cas de lésion d’un des feuillets pleuraux, il existe une perte de cette pressionnégative intra pleurale, et on assiste à un collapsus du poumon. La plèvre viscérale se « décolle » de la plèvre pariétale ; c’est un pneumothorax.
Le poumon collabé ne peut évidemment plus servir aux échanges gazeux.
Pour rétablir la situation, on met en place un drain thoracique qui va aspirer l’air contenu dans la cavité pleurale pour permettre un « recollement » de la plèvre viscérale à la plèvre pariétale. Ce drain est maintenu le temps de la cicatrisation pleurale.
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Voies aériennes : Les voies aériennes supérieures
Filtrer, réchauffer, humidifier l’air
• Les fosses nasales, la cavité buccale
• Le pharynx (anneau de Waldeyer : rôle immunologique)
• Le larynx : 5 cartilagesCricoïde
Thyroïde
Épiglotte
Aryténoïdes (x2)
Les fosses nasales
Elles ont un rôle de• Conduction du flux aérien.• Filtration des petites particules.• Réchauffement du gaz inhalé.
Les cornets sont des excroissances osseuses développées à partir du sphénoïde et de l’ethmoïde, qui sont recouvertes de muqueuse, permettant de conduire, filtrer et réchauffer le flux aérien vers les voies respiratoires basses (et vers le bulbe olfactif). Ils délimitent des voies de passages, méats inférieurs, moyens et supérieurs.
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Trompe d’eustache
Nasopharynx
Oropharynx
Hypopharynx
Le Pharynx
Carrefour aéro-digestifFonction déglutition, respiration, phonation.
Le Larynx
Fonction : • Respiratoire : dirige le flux aérien vers la trachée.• Déglutition : bascule de l’épiglotte en arrière = protection des voies aériennes. • Phonation : support des cordes vocales, qui permettent de moduler le flux d’air.
Le Larynx est constitué par un squelette comportant un os et quatre cartilages : l’os hyoïde, le cartilage thyroïde, le cartilage cricoïde, et les deux cartilages aryténoïdes. Il permet de diriger le flux aérien vers la trachée, et protège les voies aériennes lors de la déglutition.
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La glotte
Définition : Segment du larynx, situé au dessus de la trachée comprenant les cordes vocales.
Ant.
Post.
La glotte correspond à l’étage du larynx comprenant les cordes vocales. C’est l’organe de la phonation.
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La glotte
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La glotte
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Manœuvre de Sellick
Pression sur le cricoïde
Lors d’une intubation à risque élevé d’inhalation, on procède à une manœuvre visant à occlure les voies digestives. Pour cela on exerce une pression du cricoïde qui va comprimer l’œsophage situé en arrière de la trachée, limitant le risque d’inhalation.
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Voies aériennes : Les voies aériennes supérieures
Axe de la trachée
Axe du pharynx
A plat Tête surrélevée Tête en extension
Alignement des axes
Les axes de conductions des voies aériennes supérieures et des voies aériennes inférieures (trachée) divergent.
Afin de faciliter l’intubation de la trachée, on surélève légèrement la tête, et on la place en extension afin d’aligner au mieux les deux axes.
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Voies aériennes : Segmentation bronchique
Le poumon droit
La trachée, au niveau de la carène se divise en bronche souche droite et gauche.
Cette bronche souche droite va se diviser en 3 bronches lobaire ; lobaire supérieure, moyenne, et inférieure, donnant 3 lobes correspondants.
Ces bronches lobaires vont de nouveau se diviser en bronche segmentaire permettant de limiter 10 segmentaires délimitant 10 segments :
3 au niveau du lobe supérieur, 2 au niveau du lobe moyen et 5 au niveau du lobe inférieur.
Les bronches segmentaires vont continuer leur division en sous-segmentaire, puis en sous-sous-segmentaire…
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Voies aériennes : Segmentation bronchique
Le poumon gauche
A gauche, la bronche souche gauche donne deux lobaires : inférieure et supérieure, ne donnant que deux lobes.
Néanmoins, il existe un équivalent de lobe moyen du côté gauche que l’on appelle la lingula qui prend naissance à partir de la bronche lobaire supérieure. La bronche qui donne naissance à se segment est la bronche lingulaire.
La bronche supérieure va donc donner naissance à 2 « lobes/segment » le culmen et la lingula.
La segmentation pulmonaire est ensuite équivalente à celle du poumon droit, en 10 segments.
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Voies aériennes : Les voies aériennes inférieures
Voies de conductionsTrachée
Bronches souches, lobaires, segmentaires
Bronchioles terminales
Espace mort physiologique
= 150 ml
Zones respiratoiresBronchioles respiratoires
Canaux alvéolaires
Sacs alvéolaires
Lobule primaire ou acinus
Au total = 2,5 –3 litres
0
1-3
4-16
17-19
20-22
23
Générations
Les voies aériennes vont au fur et à mesure se diviser jusqu’à donner des sacs alvéolaires.
On distingue les voies de conduction, (qui n’ont que la fonction d’amener les gaz au niveau des zones respiratoires), des voies respiratoires.
Ces zones qui ne participent pas aux échanges gazeux constitue ce que l’on appelle l’espace mort physiologique.
Le lobule primaire ou acinus est la plus petite unité anatomique du poumon.
Voies aériennes : Les voies aériennes inférieures
Sac alvéolaire
Capillaires sanguins
Canal alvéolaire
Fibres musculaires lissesBourrelets
Alvéoles
Bronchiole respiratoire
Bronchiole Terminale
Lobule primaire = acinus
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Voies aériennes : Les voies aériennes inférieures
50 à 100 m² !!
Demi terrain de tennis…
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Voies aériennes : Les voies aériennes inférieures
Au fur et à mesure de l’avancée vers les voies respiratoires, l’épithélium va se modifier.
Au niveau des bronches, on a essentiellement des cellules ciliées, et des glandes muqueuses. La paroi bronchique possède cartilage et muscle lisse.
Dans les bronchioles, les glandes muqueuses disparaissent, il ne reste que des cellules ciliées, des cellules caliciforme qui sécrète le mucus, et le muscle lisse bronchique s’amincit.
Au niveau des voies respiratoires, et notamment dans les sacs alvéolaires, il n’y a plus de cellules ciliées ou caliciforme, seule deux types de cellules existent, les pneumocytes de type I qui constituent une partie de la barrière alvéolo-capillaire, et les pneumocytes de type II qui sécrètent le surfactant.
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Voies aériennes : La barrière alvéolo-capillaire
Barrière alvéolo-capillaire• 0,3 à 1,5 µm d’épaisseur
• Pneumocyte I et II
• Interstitium
• C endothéliale
Stabilité de l’alvéole• 300 M d’alvéoles de 0,3 mm de ∅
• Surfactant…
Au niveau des alvéoles pulmonaire, la barrière alvéolo capillaire est constitué en partant de l’extérieur, vers l’intérieur :
- d’une couche de surfactant
- de la membrane cellulaire du Pneumocyte de type I
- de l’interstitium
- de la membrane cellulaire de la cellule endothéliale.
Le poumon comporte un nombre très important d’alvéoles. Du fait de leur nombre, de leur contigüité, du poids du poumon sur ces alvéoles, elles ont une tendance naturelle au collapsus. Pour maintenir ces alvéoles ouvertes, il existe une substance qu’est le surfactant synthétisé par les pneumocytes de type II.
Voies aériennes : La barrière alvéolo-capillaireMacrophage
alvéolaire dans la lumière
Fibres de collagène
Fibres elastiques Capillaire
Pneumocytede type I
Membrane basale de
l’endothélium
Macrophage alvéolaire
traversant la paroi
Paroi inter alvéolaire
Pneumocyte de type II
Pore interalvéolaire
Le nombre très important d’alvéole et le contact étroit entre les alvéoles et les capillaires alvéolaires permettent d’obtenir une surface totale d’échange très importante, pour un volume total de poumon limité.
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Un peu de physiologie respiratoire, La ventilation.
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- 6
0cmH20
- 6 cmH20
Au cours d’une inspiration normale
Au cours d’une inspiration normale, un signal est envoyé au diaphragme, et celui-ci va se contracter. En se contractant, il descend dans la cavité abdominale, agrandissant le volume de la cage thoracique.
Ceci crée une dépression intra-pleurale qui va se transmettre par l’intermédiaire de la plèvre viscérale au poumon, et créer à l’intérieur des voies aériennes une pression négative par rapport à la pression barométrique.
Cette différentielle de pression entre la pression barométrique et la pression àl’intérieure des voies aérienne, va entraîner un flux d’air dans le poumon.
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0 cmH20
+ 8
Au cours d’une expiration normale
L’expiration est un phénomène passif.
L’arrêt de la contraction diaphragmatique entraîne son retour à sa position de base, diminuant le volume de la cage thoracique.
De plus les forces élastiques de rétraction du parenchyme pulmonaire, combinéau mouvement du diaphragme va entraîner une pression positive dans les voies aériennes, créant une différentielle de pression avec la pression barométrique.
Cette différence de pression va entraîner un flux sortant.
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Ventilation : Les volumes pulmonaires
VRI
VRE
Insp
irat
ion
La spirométrie est l’étude des volumes pulmonaires.
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Ventilation : Les volumes pulmonaires
Vt : tidal volume – volume courant : V inspiré ou expiré à chaque cycle respiratoire normal. (500 ml)
VRI : Volume de réserve inspiratoire : V inspiratoire maximal à partir du Vt. (1500-2000 ml)
VRE : Volume de réserve expiratoire : V expiratoire maximal à partir du Vt. (1000-1500 ml)
CRF : Capacité Résiduelle fonctionnelle : V restant dans les poumons après une expiration normale. (= VRE + VR)
VR : Volume Résiduel : V restant dans les poumons après une expiration forcée (volume non mobilisable). (1000 ml)
CV : Capacité Vitale : V total mobilisable. (4000 ml)
CPT : Capacité Pulmonaire Totale. V total des poumons. (5000 – 6000 ml)
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Ventilation : comment l’air arrive aux alvéoles
Lors d’une inspiration, l’air est aspiré puis s’écoule jusqu’au bronchioles terminales.
Au cours de la progression dans l’arbre, la vitesse d’écoulement de l’air diminue.
La surface totale de section des voies aériennes augmente en raison du très grand nombre de divisions.
Au delà des bronchioles terminales, le « déplacement » des gaz se fait par diffusion.
1-2 mm
O2
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Ventilation : comment l’air arrive aux alvéoles
Espace mort : Espace ventilé ne participant pas aux échanges gazeux.
Espace mort anatomique = 150 ml
Trachée, Bronches souches, Segmentaires… Bronchioles terminales
On distingue donc Volume courant (T), espace mort(D), volume alvéolaire(A)
VT = VD + VA
Si Fr = fréquence respiratoire :
VT x Fr = VD x Fr + VA x Fr
VE = VD + VA
VA = VE - VD
VE : Volume expiré par minute.
VT : Tidal Volume ou volume courant.
VD : Volume de l’espace mort (dead).
VA : Volume alvéolaire.
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Ventilation : Stabilité alvéolaire
Tension superficielle
Force qui s’applique sur une ligne imaginaire liée aux molécules (qui s’attirent entre elles) composant le liquide :
300 Millions d’alvéoles de 0,3 mm de diamètre
Ces alvéoles sont tapissé d’un liquide.
Elles sont soumises à une force de rétraction :
La tension superficielle est une force généré par le liquide qui tend à faire que le liquide occupe une surface minimale.
A la manière d’une goutte d’eau sur une table, la tension superficielle développée par la goutte d’eau fait qu’elle reste sous forme de goutte et ne s’étale pas.
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Ventilation : Stabilité alvéolaire
Sans surfactant
Avec surfactantSynthétisé par les pneumocytes de type II, à partir d’acides gras.
Dipalmitoyl-phosphatidyl-choline (DPPC).
Synthèse et renouvellement rapide
Sans surfactant, la tension de surface liée au liquide présent sur les parois de l’alvéole fait que celle-ci à tendance à se collaber ; elle occupe la surface ou le volume minimal.
En présence de surfactant, la tension de surface diminue, et l’alvéole est moins soumise à une force qui tend à la collaber ; elle conserve un volume supérieur àcelui qu’elle aurait sans surfactant.
On dit que le surfactant assure la stabilité alvéolaire ; sans lui, l’alvéole se collaberait.
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Ventilation : Stabilité alvéolaire
Le surfactant permet de :Diminuer la tension de surface
Stabiliser les alvéoles
Maintien l’ouverture alvéolaire (empêche les atélectasies)
Augmente la compliance pulmonaire
Diminue le travail nécessaire à l’expansion à chaque inspiration
Pour une inspiration normale de 500 ml : pression de distension < 3 cmH2O.
Ballon d’enfant : pour un volume de 500 ml : pression ≈ 300 cmH2O.
Du fait de la diminution de la tension de surface, il faut une faible variation de pression pour générer un volume. On dit que la compliance alvéolaire et donc pulmonaire est élevée.
Un peu de physiologie respiratoire, Epuration des particules inhalées.
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Épuration des particules inhalées
• Filtration dans les voies aériennes supérieures
Nez : filtration des grosses particules
• Voies de conduction : déposition sur les voies aériennes des petites particules. (bronchioles terminales)
Mucus sécrété par les glandes muqueuses et les cellules caliciformes de l’épithélium bronchique.
Rôle des cellules ciliées important ++
• Au niveau alvéolaire : Phagocytose par les macrophages alvéolaires et éliminés par voie lymphatique ou sanguine
Il existe plusieurs niveaux de filtration et d’épuration des particules inhalées.
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Trachée Bronche
Bronchiole terminale
Épuration des particules inhalées
Cal : Cellules caliciforme : sécrète du mucus.
Cil : Cil des Cellules ciliées.
b : Cellules basales.
MT : Muscle lisse trachéal.
TC : chorion
Cel : Cellules cylindriques ciliées
M : muscle lisse bronchique
V : veine bronchique
Adv : adventice
LP : lamina propria
Cil en vue de profil
Cil en vue supérieure
pm
p : Liquide périciliaire / Phase solm : Mucus / Phase gel
Clairance mucociliaire
Houtmeyers Eur Respir J 1999
Battement métachrone
Liquide périciliaire important, seul la pointe touche le mucus…, épaisseur critique.Fréquence de battement variables en fonction des espècesIn vitro / in vivo différentFonction hydrométrie, température, durée, effort, présence de mucus
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GR dans un capillaire
Macrophage alvéolaire
Pneumocyte type I
Pneumocyte type II
Épuration des particules inhalées
Vascularisation pulmonaire
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Perfusion pulmonaire
Deux systèmes de perfusion artérielsBronchique (systémique, accessoire) : irrigation des voies de conduction.
Pulmonaire (ventricule droit, sang non oxygéné).
VD
VP
VAo
Ao : aorte, AP : artère pulmonaire VPG : veines pulmonaires gauche, OG : oreillette gauche, VM : valve mitrale, VAo : valve aortique, VG : ventricule gauche, VCI : veine cave inférieure, VD : ventricule droit, VT : valve tricuspide, OD : oreillette droite, VP : Valve pulmonaire, VPD : veine pulmonaire droite, VCS : veine cave supérieure.
Le réseau artériel bronchique est dit systémique ; il nait de l’aorte, et contient donc du sang oxygéné, à la différence du réseau artériel pulmonaire.
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Perfusion pulmonaire : Artère pulmonaire
Hémodynamique : Circulation à basse pression
Pression Artérielle Pulmonaire Systolique : 25 mmHg
PAPD : 10 mmHg PAPM : 15 mmHg
Néanmoins le réseau artériel pulmonaire reçoit la totalité du débit cardiaque soit 6l/mn (= faible résistance du réseau.)
Faible résistance :
A la différence du réseau systémique, le réseau artériel pulmonaire est relâché, et peu se contracter sous l’effet de différents stimuli.
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Perfusion pulmonaire : réseau capillaire
Dans les capillaires pulmonaires : 10 mmHg (pression de remplissage du VG)
En cas d’augmentation du débit cardiaque : recrutement de capillaires pulm.
En cas d’augmentation de pression (VG) : capacité de distensibilité des veines pulmonaires
Recrutement
Distention
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Alvéole
Perfusion pulmonaire : Les capillaires pulmonaires
Parcours effectué en ¾de secondes…
Les capillaires pulmonaires sont issus des divisions successives des artères pulmonaires qui suivent les divisions bronchiques.
Le réseau capillaire est un réseau dense qui recouvrent les parois alvéolaires afin de maximiser les surfaces d’échange.
Au niveau de l’alvéole, les capillaires sanguins sont très fins et ne peuvent laisser passer qu’une hématie à la fois. Cela permet de réduire la distance à parcourir pour l’oxygène entre l’alvéole et l’hémoglobine contenue dans le globule rouge.
Le temps de transit dans le capillaire alvéolaire de chaque globule rouge est de 0,75 secondes. C’est un temps de passage court mais suffisant pour permettre de saturer l’hémoglobine en oxygène.
Le Gaz Alvéolaire
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Composition de l’air atmosphérique et alvéolaire
Pression partielle d’un gaz : Produit de sa concentration fractionnelle par la pression total du mélange.
Par ex. dans l’atmosphère : Patm = 760 mmHg
L’air contient 20, 93% d’O2, la pression partielle de l’O2 est donc de
760 x (20,93/100) = 159 mmHg.
La pression d’un gaz est égal à la somme des pressions partielles des gaz qui le composent.
Si un gaz est composé de O2, N2, et de CO2
Pgaz = P02 + PN2 + PCO2
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Composition de l’air atmosphérique et alvéolaireAir atmosphérique sec
21% d’O2, 79% de N2
PatmO2 = 0,21 x 760 = 160 mmHg, PatmN2 = 600 mmHg
Air inspiré trachéal réchauffé et saturé en vapeur d’eau
PtrachO2 = 0,21x(760-47) = 150 mmHg
PtrachN2 = 563 mmHg
Air alvéolaire
14%d’O2, 80,4% de N2, 5,6% de CO2
PalvO2 = 100 mmHg, PalvN2 = 563 mmHg
PalvCO2 = 40 mmHg
L’air atmosphérique:sec (gaz médicaux) ne contient pas de vapeur d’eau.
L’air trachéal: En descendant dans les voies aériennes, l’air inspiré est réchauffémais également humidifié, et saturé en vapeur d’eau. Donc le gaz inspiré contient une certaine pression de vapeur d’eau saturante qui est égale à 47 mmHg. Donc il ne « reste » plus que 713 mmHg (760 mmHg – 47 mmHg) pour l’O2 et le N2,
puisque la pression d’un gaz (l’air à 760 mmHg) est égale à la somme des pressions partielles des gaz qui le composent (vapeur d’eau, oxygène et azote).
L’air alvéolaire : Il contient en plus des précédents gaz (eau, oxygène, azote) du CO2, en provenance des capillaires pulmonaires.
La Diffusion
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Diffusion : comment les gaz traversent la membrane alvéolo-capillaire
Phénomène passif de transfert
entre deux zones de pressions différentes.
La diffusion est un phénomène d’écoulement passif entre deux zones de pressions différentes : de la zone de haute pression d’un gaz, vers la zone de plus basse pression d’un même gaz.
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Diffusion
Loi de FICK (diffusion à travers une membrane)
Le débit de transfert d’un gaz est proportionnelÀ la surface d’échange
À la différence de pression de part et d’autre de la membrane
À une constante de diffusion qui est proportionnelle
A la solubilité du gaz
Inversement proportionnelle à la racine carré de son poids moléculaire
Il est inversement proportionnelÀ l’épaisseur de la membrane
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Diffusion
Loi de FICK (diffusion à travers une membrane)
V ∝ S . D . (P1 – P2)E
D ∝ Solubilité
PM
Le CO2 qui a une solubilité beaucoup plus grande que l’O2, et un poids moléculaire très proche, diffuse 20 fois plus vite à travers les tissus…
V : débit ; S : surface d’échange, E : épaisseur de la membrane d’échange, D : coefficient de diffusion de la molécule, P1 – P2 : différence de pression partielle de la molécule de part et d’autre de la membrane, PM : poids moléculaire de la molécule.
Diffusion
Cellule endothéliale
Pneumocyte de type IMembraneAlvéolo-capillaire
SangAir
ErythrocyteO2
Hémoglobine
1
2
3
L’oxygénation de l’hémoglobine sous entend trois étapes :
1.Le transfert de l’oxygène de l’alvéole vers le sang capillaire.
2.Le transfert de l’oxygène du sang dans le globule rouge (très négligeable, et souvent compris avec l’étape 1)
3.La réaction de l’oxygène avec l’hémoglobine.
Pour les 6 prochaines diapositives, nous nous intéresserons uniquement à la première étape, qui est réellement la diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire.
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60
Diffusion : l’oxygène
0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire
Pression partielle
alvéolaire
Début du capillaire
Fin du capillaire
O2 normal100
50
O2 anormal
O2 très anormal
En bleu : La pression partielle en oxygène dans le globule rouge en fonction de son transit dans le capillaire : à T 0 sec, le GR rentre dans le capillaire, à T 0,75 sec, le GR sort du capillaire. On constate qu’en temps normal, l’équilibration des pressions alvéolaires et intra-érythrocytaire en oxygène s’effectue de manière très rapide en 0,25 sec soit 1/3 du temps de son transit.
En cas de trouble de la diffusion, le temps pour équilibrer les pressions partielles alvéolaires et les pressions partielles intra-érythrocytaire en O2 est plus long (courbe orange), voire trop long par rapport au temps de transit du GR dans le capillaire (courbe rouge).
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Diffusion - Augmentation de la vitesse de perfusion
0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire
Pression partielle
alvéolaire
Début du capillaire
O2 normal
Fin du capillaire
Fin du capillaire
Exercice
O2 anormal
O2 très anormal
Dans certaines conditions, le temps de transit du GR dans le capillaire peut être raccourci ; par exemple à l’effort, le débit cardiaque est augmenté, et le temps de transit dans le capillaire diminue.
En bleu : en l’absence de trouble de la diffusion, du fait de l’équilibration rapide des pressions partielles alvéolaires et intra-érythrocytaire en oxygène, cette diminution du temps de transit n’a pas de conséquence.
A l’inverse en fonction de l’atteinte de la diffusion (courbe orange et rouge), cette diminution du temps de transit peut perturber plus ou moins l’oxygénation du globule rouge.
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alvéolaire
0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire
Pression partielle
Début du capillaire
Diffusion – Diminution de la pression alvéolaire
Fin du capillaire
100
50 O2 normalO2 anormal
O2 très anormal
O2 normal
Du fait de la loi de Fick, une diminution du gradient de pression de part et d’autre de la membrane, entraîne un ralentissement de la diffusion de l’oxygène.
On constate pour les deux courbes bleues, que lorsque le gradient diminue de 100 à 50mmHg, le temps nécessaire pour équilibrer les pressions partielles en oxygène est deux fois plus long.
63
0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire
Pression partielle
Début du capillaire
Fin du capillaire
O2 normal
Diffusion – limitation par la diffusion
CO normal
La quantité de CO prélevé par le sang est limité par les propriétés de diffusion
Considérons un autre gaz que l’oxygène pour étudier la diffusion : le CO
Le CO ou monoxyde de carbone est un gaz qui traverse rapidement la barrière alvéolo-capillaire et pénètre rapidement dans le globule rouge. Dans le globule rouge, il se lie de manière étroite avec l’hémoglobine, et une quantité importante de CO peut être captée par le globule rouge sans augmentation notable de la pression partielle de CO dans le sang du capillaire. La différence de pression en CO de part et d’autre de la membrane alvéolo-capillaire demeure donc toujours quasiment constante, et il n’y a pas de ralentissement de la diffusion du CO. Il est clair par conséquent, que la quantité de monoxyde de carbone qui arrive dans le sang est limité par les propriétés de diffusion de la barrière alvéolo-capillaire et non par la quantité de sang disponible.
On considère donc le transfert du monoxyde de carbone comme limité par la diffusion.
64
0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire
Pression partielle
Début du capillaire
Fin du capillaire
Diffusion – limitation par la perfusion
O2 normalN2O normal
La quantité de N2O prélevé par le sang est limité par la perfusion
Considérons un autre gaz, le protoxyde d’azote. Lorsque ce gaz traverse la membrane alvéolo-capillaire et se retrouve dans le sang, aucune combinaison àl’hémoglobine n’a lieu.
Il en résulte que le sang n’a pas la même avidité pour le protoxyde d’azote que pour le monoxyde de carbone. Le protoxyde d’azote va donc rapidement « s’accumuler » et diminuer rapidement la différence de pression qu’il existe de part et d’autre de la membrane alvéolo-capillaire. La diffusion va donc se ralentir.
Le seul moyen d’accélérer le transfert de protoxyde d’azote à travers la membrane alvéolo-capillaire est d’accélérer le débit sanguin capillaire afin « d’eliminer » le protoxyde d’azote qui s’y trouve et de maintenir une différence de pression en protoxyde d’azote entre l’alvéole et le sang capillaire pour favoriser son transfert.
On considère le transfert du protoxyde d’azote comme limité par la perfusion.
65
0,25 0,50 0,75 Temps passé dans le capillaire
Pression partielle
Début du capillaire
Fin du capillaire
Alvéolaire 40
45
Diffusion – le CO2
Anormal
Normal
Pour le CO2 : L’élimination du CO2 se fait en sens inverse : du sang vers l’alvéole pulmonaire.
La concentration en CO2 dans le sang diminue à la fin du capillaire par rapport àson entrée.
Il existe un faible différence de pression partielle de CO2 entre le sang capillaire, et le gaz alvéolaire. On pourrait donc s’attendre àce que la diffusion du CO2 àtravers la membrane alvéolo-capillaire pulmonaire soit lente.
Cependant, du fait de la solubilité du CO2 très importante dans les tissus par rapport à l’oxygène, le CO2 diffuse rapidement à travers la membrane alvéolo-capillaire.
Sur la courbe anormale, la capacité de diffusion est réduite au quart de sa valeur normale et seule une petite différence entre le sang à la sortie du capillaire et le gaz alvéolaire peut être observé : il existe une bonne marge de réserve pour la diffusion du CO2
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Application : mesure de la diffusion
La quantité de CO qui arrive dans le sang n’est pas limité par la perfusion.
Elle est potentiellement limité par la diffusion.
Loi de FICK V ∝ S . D . (P1 – P2)
EV ∝ DL (P1 – P2) soit pour le CO : VCO ∝ DLCO (Palv – Pcapill)
DLCO ∝ VCO
(Palv – Pcapill)
Pcapill quasi nul
On mesure la disparition de la concentration de CO pour estimer VCO.
On considère que PalvCO est constante.
DL : C’est la capacité de diffusion. DLCO : c’est la capacité de diffusion du CO, elle intègre la surface, l’épaisseur de la membrane d’échange (l’ensemble des membranes alvéolo-capillaires…) et le coefficient de diffusion du CO = constante chez l’homme. Elle mesure donc la performance de l’échangeur.
Pcapill = pression partielle en CO dans le capillaire est quasi nulle car nous l’avons vu le CO est très rapidement et en grande quantité capté par le globule rouge (grande affinité de l’hémoglobine pour le CO).
Donc Palv – Pcapill ≈ Palv. On considère que PalvCO est constante et est une donnée mesurée (on inhale une certaine pression partielle en CO)
Pour VCO ou transfert en CO à travers la membrane alvéolo-capillaire, on regarde la quantité de CO qui a disparu entre une inspiration contenant une certaine pression partielle en CO et une expiration contenant une autre pression partielle en CO que l’on mesure.