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Les Échanges Gazeux. L. TUAL Réanimation polyvalente SAR Pr Gilles DHONNEUR CHU Jean Verdier. http://www.airway-educ.org. 01/2007. Objectifs de l’enseignement : Connaître les déterminants des échanges gazeux. Les échanges gazeux :

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les changes gazeux

Les Échanges Gazeux

L. TUAL

Réanimation polyvalente

SAR Pr Gilles DHONNEUR

CHU Jean Verdier

http://www.airway-educ.org

01/2007

slide2
Objectifs de l’enseignement :

Connaître les déterminants des échanges gazeux.

slide3
Les échanges gazeux :

Problématique du Transport de l’O2 et du CO2 de l’organisme unicellulaire à l’animal du règne « supérieur ».

  • Étape 1: convection ventilatoire
  • Étape 2 : diffusion alvéolo-capillaire
  • Étape 3 : convection circulatoire
  • Étape 4 : diffusion capillaro-cellulaire
la convection ventilatoire1
La convection ventilatoire
  • Calculs (VD = 150 ml)
  • 10 l/min = 10 x 1 = 10 x 0,15 + 10 x 0,85 = 1,5 + 8,5
  • 10 l/min = 20 x 0,5 = 20 x 0,15 + 20 x 0,35 = 3 + 7
la convection ventilatoire2
La convection ventilatoire

La mécanique ventilatoire :

i.     Inspiration: forces élastiques, compliance, courbes pression-volume statique

ii.     Expiration: forces résistives, linéarité, pressions et débits

m canique inspiratoire

Plèvre

pulmonaire

Cavité

pleurale

Diaphragme

Plèvre pariétale

Mécanique inspiratoire

± 1 à 10 cm

m canique inspiratoire1

P0

P0

P0

P-5cmH2O

p = 0

p = -5cmH2O

Mécanique inspiratoire
  • L’équation des gaz parfaits:

P1V1 = P2V2 = constante

Si V2 alors P2 

la compliance thoraco pulmonaire
La compliance thoraco-pulmonaire
  • La compliance = pente de la courbe pression-volume ou la variation de volume par unité de pression.
  • La compliance spécifique = compliance par unité de volume pulmonaire.
la compliance thoraco pulmonaire1
La compliance thoraco-pulmonaire

Une hystérésis, compliance différente du fait d’une tension superficielle

liée au surfactant, variable entre l’inspi- et l’expiration

la compliance thoraco pulmonaire2
La compliance thoraco-pulmonaire
  • Neergard a montré que les poumons gonflés avec une solution saline avaient une compliance plus grande et une hystérésis moindre.
  • La tension superficielle représente une part importante de la force de rétraction du poumon, qu’il faut vaincre à l’inspiration.
la convection ventilatoire3
La convection ventilatoire

La mécanique ventilatoire :

i.     Inspiration: forces élastiques, compliance, courbes pression-volume statique

ii.     Expiration: forces résistives, linéarité, pressions et débits

m canique expiratoire

P0

P0

P0

P5cmH2O

p = 0

p = +5cmH2O

Mécanique expiratoire
  • Lors de l’expiration, les forces de rétraction pulmonaire sont supérieures à celles de dilatation thoracique donc le volume du système thoraco-pulmonaire diminue

Si V2alors P2 

m canique expiratoire1
Mécanique expiratoire
  • Ce qui s’oppose au débit expiratoire c’est les résistances bronchiques totales (Rtot.).
m canique expiratoire2

Débit

(l/s)

Volume (l)

Mécanique expiratoire
  • Courbe débit-volume
d terminants de l oxyg nation art rielle
Déterminants de l’oxygénation artérielle
  • I - P. barométrique, FiO2

PinspiréeO2 = (Pbaromet-PH2O) x FiO2

d terminants de l oxyg nation art rielle1
Déterminants de l’oxygénation artérielle
  • I - P. barométrique, FiO2

Quel effet de l’altitude ?

PinspiréeO2 = (Pbaromet-PH2O) x FiO2

pressions partielles

L’atmosphère

Gaz

Teneur

Pression partielle

20,95 %

159,22

mm Hg

(20,9 kPa)

Oxygène

00,03 %

000,228

mm Hg

(0,03 kPa)

Dioxyde de carbone

78,08 %

593,41

mm Hg

(78,1 kPa)

Azote

00,93 %

007,07

mm Hg

(0,93 kPa)

Argon

Pression partielle = % x pression atmosphérique

Pressions partielles
d terminants de l oxyg nation art rielle2
Déterminants de l’oxygénation artérielle
  • II - Équation des gaz alvéolaires
le quotient respiratoire

CH2OH

O

C

H

H

H

C

C

OH

H

HO

OH

C

C

H

OH

Le quotient respiratoire
  • Le rapport entre CO2 produit et O2 consommé!
  • Pour brûler C et H  O2, or:
  • AG = CH3-(CH2)n-COOH (n= 4 à 26)
  • Glucose =
calculs
Calculs
  • Quelle est la PAO2 au sommet de l’Everest ?
  • Pbar = 236,3 mmHg/PH20 trachéale = 47 mmHg
  • Si PACO2 = 40 mmHg
  • PAO2 = (236,3-47)x0,21-(40/0,8) = - 10 mmHg
  • Si PACO2 = 8 mmHg
  • PAO2 = (236,3-47)x0,21-(8/0,8) = 29,75 mmHg
calculs1
Calculs
  • Si Pbar = 253 (+ 17) mmHg au sommet de l’Everest ?
  • PAO2 = (253-47)x0,21-(8/0,8) = 33,26 mmHg

+ 11, 8 % d’O2! (+ 3,51 mmHg)

  • Si QR = 1,0
  • PAO2 = (253-47)x0,21-(8/1,0) = 35,26 mmHg
la diffusion alv olo capillaire

CO2

O2

La diffusion alvéolo-capillaire

Échanges alvéolo-capillaires

d’oxygène et de CO2

slide25

Membrane alvéolaire capillaire

Alvéole

Capillaire

O

O

O

O

2

2

O

2

2

CO

2

2

O

O

2

2

O

O

O

O

2

2

2

2

O

O

2

2

O

O

CO

CO

2

2

O

2

2

CO

2

2

O

O

O

2

2

2

CO

CO

CO

CO

2

2

2

2

O

O

O

O

2

2

O

O

2

2

O

O

2

2

2

2

O

O

2

2

O

O

CO

CO

O

2

2

2

2

2

CO

O

O

2

CO

CO

CO

2

2

2

2

2

Membrane

la diffusion alv olo capillaire1
La diffusion alvéolo-capillaire
  • Diffusion selon un gradient de pression
  • La Loi de Fick:
  • S=surface (50-100 m2), E=épaisseur (0,5 µm), D=cte de diff. et P1-P2 la différence de pression partielle.
slide27

Trouble de diffusion et effort

Au repos, 0,75 s mais le temps baisse à l’effort!

physiologie respiratoire
Physiologie respiratoire
  • III - Le shunt Qs

Exprimé en pourcentage du débit total   

slide29

Hétérogénéité ventilation-perfusion; shunt et espace mort

Rapports ventilation-perfusion

2

V

Q

V

Q

=

= 0

3

1

Qs

QT

1. Alvéole ventilé mal perfusé (effet espace mort). 2. Alvéole perfusé mal ventilé (effet shunt).

3. Alvéole ventilé et perfusé (compartiment « idéal « )

calcul du d bit de shunt
Calcul du débit de shunt
  • Épreuve à FiO2 = 1
  • QT x CaO2 = Qs x CvO2 + (QT-Qs) x CcO2
  • QT x CaO2 = Qs x CvO2 + QT x CcO2 – Qs x CcO2
  • QT x CaO2 – QT x CcO2 =Qs x CvO2 – Qs x CcO2
  • QT x (CaO2 - CcO2) = Qs x (CvO2 – CcO2)
calcul du d bit de shunt1
Calcul du débit de shunt
  • Épreuve à FiO2 = 1
  • PcO2 = PAO2, ScO2 = SaO2= 100%
calcul du d bit de shunt2
Calcul du débit de shunt
  • Épreuve à FiO2 = 1
  • PAO2 = (PAtmO2 - 47 mmHg – PACo2), différence artério-veineuse non mesurée
  • Résultats rendus en une fourchette en fraction ou pourcentage
la convection circulatoire
La convection circulatoire
    • IV – Le transport artériel en O2 (TaO2)
  • Si CaO2  alors Qc 
  • Jusqu’où une baisse du CaO2 doit elle être tolérée ?
le contenu art riel en o 2
Le contenu artériel en O2
  • CaO2 =  x SaO2 x [Hb] +  x PaO2

pouvoir oxyphorique de l’Hb :  = 1,39 mlO2.gHb-1

coefficient de solubilité de l’O2 dans le plasma :

 = 0,003 mlO2.mmHg-1.100ml-1 plasma

le contenu art riel en o 21
Le contenu artériel en O2
  • Calculs:
  • Pour Hb 10 et PaO2 = 150
  • CaO2 = 1,39 x 10 x 1 + 0,003 x 150 = 14,35
  • Pour Hb 2,5 et PaO2 = 600
  • CaO2 = 1,39 x 2,5 x 1 + 0,003 x 600 = 5, 28!
physiologie respiratoire1
Physiologie respiratoire
  • V - Distribution périphérique

Courbe de dissociation de l’Hb…

slide37

La courbe de dissociation de l’O2

Pressions partielles en oxygène dans le sang

Effet Bohr

% SAT

O

2

xx

O

2

Hb

O

O

O

2

-

-

2

O

2

2

  • T°, CO2, 2-3DPG

pH

O

2

O

2

O

O

2

2

Hb

O

O

2

-

-

2

Hb

O

O

2

-

-

2

O

2

O

O

2

2

O

PaO

2

2

Oxygène fixé et oxygène dissous

Courbe de dissociation de l’oxygène

la physiologie du co 2
La physiologie du CO2
  • Origine du CO2 éliminé : dissous (10%), sous forme de bicarbonate (60%) et d’hémoglobine carbaminée (30%).
  • L’oxydation de l’Hb (fixation d’O2) facilite le re-largage du CO2 (Effet Haldane).
quation de bohr
Équation de Bohr
  • VT x FExpiCO2 = VA x FACO2
  • VT = VD + VA  VA = VT - VD

Et parce que Fraction et Pression sont proportionnelles

quation de bohr1
Équation de Bohr
  • Ainsi il est possible d’estimer l’espace mort en l’absence de gradient alvéolo-artériel : PACO2 = PaCO2
  • Espace mort (E†) = espace anatomique, alvéolaire et instrumental.
les capnographes
Les capnographes

Side-Stream

  • Analyse d’un prélèvement continu de 50 à 500 ml/min (Pédiatrie et circuits fermés!)
  • Valeurs « moyennées »

Main-Stream

  • Adapté aux seuls circuits des ventilateurs sauf 1.
le capnogramme

EXPIRATION

CO2

Espace † alvéolaire

Espace †

anatomique

PETCO2

PECO2

Gaz alvéolaire

TEMPS

Le capnogramme
l espace mort alv olaire
L’espace mort alvéolaire
  • Il croit entre autre avec la PEP et en cas d’EP…
  • Il peut être calculé avec l’équation de Bohr:
physiologie respiratoire2
Physiologie respiratoire
  • VI - Régulation de la respiration

  Chémorécepteurs périphériques et centraux, centres ventilatoires, « stimulus ventilatoires »

r gulation de la respiration
Régulation de la respiration
  • La ventilation du sujet sain: CO2!
    • PaCO2 40 ± 2 mmHg
    • pH  7,40 ± 0,02
  • L’hypoxémie ? Un stimulus si PaO2 < 60 mmHg!
bibliographie
Bibliographie
  • Physiologie respiratoire. John B. WEST, éditions Pradel
  • Physiopathologie respiratoire. John B. WEST, éditions Pradel
  • Physiologie en anesthésiologie FEEA, éditions Pradel
  • Exploration fonctionnelle pulmonaire. Jack WANGER, éditions MASSON-Williams & Wilkins
  • Nunn’s Applied Respiratory Physiology, éditions Butterworth/Heinemann