Circulation pulmonaire Diffusion Transport des gaz

1. Circulation pulmonaireDiffusionTransport des gaz Dr Frédérique Aubourg Service de Physiologie explorations Fonctionnelles Hôpital Cochin

2. 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

3. DP D = R Circulation pulmonaire Pressions (mmHg) dans les circulations Circulation systémique Parois artériolaires épaisses, avec du muscle lisse Circulation pulmonaire Parois artériolaires fines, avec peu de muscle lisse Circulation pulmonaire : haut débit, faible pression et résistance faible à l’écoulement

4. DP D = R 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 : DP = P1- P2 (mmHg) - la résistance au débit : R P1 P2 Q ou D

5. VD VG Les pressions de la circulation pulmonaire 130 P Aorte P VG Les pressions dans le VD et l’Art. Pulmonaire sont 6 à 8 fois plus faibles que dans le VG et l’Aorte RVP = RVS / 6 à 8 Aorte AP Psyst 120 24 mmHg Pdiast 70 8 mmHg P AP P VD 25 0 Temps (s) Bien que la pression soit moins élevée au cours de la contraction, le VD éjecte le même volume que le VG.

6. 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 vx pulmonaires chutent quand le débit cardiaque s'accroît

7. Distension Recrutement

8. Distribution du débit sanguin dans le poumon vertical Les différences de pression hydrostatique dans les vaisseaux sanguins entraînent une distribution inégale du débit sanguin.

9. Echanges gazeux régionaux dans le poumon • La ventilation augmente lentement du sommet à la base du poumon • Le débit sanguin croît plus rapidement Les rapports ventilation-perfusion sont plus élevés au sommet du poumon, et plus bas à la base

10. Effet des modifications des rapports ventilation-perfusion sur la PO2 et la PCO2 dans une unité alvéolaire ESPACE MORT SHUNT

11. Ventilation Convection Ventilation alvéolaire Transfert alvéolo-capillaire Diffusion Transport des gaz par le sang Convection Diffusion VO2 Echanges gazeux VO2 alvéole VCO2 Consommation d’O2 Production de CO2 VCO2

12. PIO2 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz inspiré mmHg Pour les gaz: unité de pression mmHg (100 kPa ~750 mmHg) Gaz inspiré Gaz alvéolaire Sang artériel Sang veineux - tissus

13. PIO2 150 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz alvéolaire mmHg Gaz inspiré Gaz alvéolaire Sang artériel Sang veineux - tissus

14. 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 VA • V’A=15X0.350=5.25L/min • VT = VD + VA • VD: espace mort, • qui ne participe pas • aux échanges gazeux . VO2 Gaz expiré: composition VO2 alvéole VCO2 VCO2

15. Espace mort = 150 mL VD Volume alvéolaire VA~ 3 L Ventilation alvéolaire V’A = 5 L/mn Volume courant VT = 500 mL VT=VD + VA Fréquence respiratoire = 15/mn Ventilation courante = 7,5 L/mn V’E= V’D = V’A Volume capillaire = 70-100 mL, Fc=70/min Débit sanguin pulmonaire = 5 L/mn

16. Ventilation / Ventilation alvéolaire: espace “mort” VT = VA + VD (dead)

17. PIO2 150 PAO2 PaO2 PvO2 Gaz alvéolaire mmHg Gaz inhalé CO2 Gaz alvéolaire Sang artériel Sang veineux - tissus

18. PIO2 150 PAO2 100 PaO2 PvO2 Transfert alvéolo-capillaire mmHg Gaz inhalé Gaz alvéolaire diffusion alvéolo-capillaire Sang artériel Sang veineux - tissus

19. Espace mort = 150 mL Transfert alvéolo-capillaire Volume alvéolaire ~ 3 L Ventilation alvéolaire = 5 L/mn Transfert alvéolo-capillaire Volume courant VT = 500 mL Fréquence respiratoire = 15/mn Ventilation courante = 7,5 L/mn Volume capillaire = 70-100 mL Débit sanguin pulmonaire = 5 L/mn

20. 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

21. O2 CO2 O2 CO2 Sang PIO2= (PB-PH20) x FIO2 150 (mmHg) = (760 – 47) x 0,21 Air PAO2 = 105 mmHg Interface alvéolo-capillaire PvCO2 = 46 mmHg PvO2 = 40 mmHg

22. La barrière alvéolo-capillaire • Surfactant • Épithélium alvéolaire • Espace interstitiel • Endothélium capillaire • Plasma (du capillaire pulmonaire) • Milieu intérieur du globule rouge • Hémoglobine O2

23. Diffusion • Tous les gaz passent à travers la paroi alvéolaire pardiffusion passive. • Le débit de transfert d'un gaz à travers une couche de tissu (Loi de Fick) est : • proportionnel à la surface du tissu • proportionnel à la différence de pressionpartielledu gaz de part et d’autre de la barrière alvéolo-capillaire • proportionnel à la solubilité du gaz • inversement proportionnel à l'épaisseur du tissu • inversement proportionnel à son poids moléculaire

24. . Vgaz=SxDP x K K≈ Sol E √ PM . DL,gaz=Sx D E . Vgaz= DL,gazxDP DL,gaz= Vgaz R=DP DP . Vgaz Diffusion DL,gaz est l’expression de l’inverse d’une résistance

25. Résistance globale à la diffusion La diffusion de l'O2 de l'alvéole à l'hémoglobine peut être considéré en 2 étapes : • Diffusion de l'O2 à travers la barrière alvéolo-capillaire caractérisée par le facteur membranaire (DM) • 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) La résistance globale à la diffusion est égale à la somme des deux résistances correspondantes.

26. Captation de l'oxygène le long du capillaire pulmonaire Temps de transit du globule rouge dans le capillaire (s) Dans des conditions de repos et chez un sujet sain.

27. Gaz ayant une très grande affinité pour l’hémoglobine CO: transfert limité par la diffusion Explorations Fonctionnelles du transfert Epreuve d’exercice: recherche d’hypoxémie Etude du transfert du CO: DLCO Epreuve fonctionnelle respiratoire explorant le lit vasculaire (Vc) • Analyse gaz • inspiré • expiré

28. Captation de l'oxygène le long du capillaire pulmonaire (en situation pathologique) Temps de transit du globule rouge dans le capillaire (s)

29. Hémoglobine • Constituée d'une partie protéique, la globine, et de l'hème contenant le fer : - Globine: protéine formée de 4 chaînes polypeptidiques : 2 chaînes a 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

30. Hémoglobine : structure

31. • 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) Rappel

32. O2fixé à l’hémoglobine O2 dissous HbO2 aPO2 HbO2 O2+ Hb 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 Transport sanguin de l’oxygène 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 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

33. O2 combiné à Hb SaO2 = X 100 Capacité O2 Courbe de dissociation de l’O2(pour pH = 7,4, PCO2 = 40 mmHg, T = 37°C) Saturation Hb (%) PO2 (mmHg)

34. O2 combiné à Hb SaO2 = X 100 Capacité O2 Courbe de dissociation de l’O2(pour pH = 7,4, PCO2 = 40 mmHg, T = 37°C) Contenu en O2 (ml/100ml si Hb = 15 g/dl Saturation Hb (%) PO2 (mmHg) O2 combiné à Hb = P.O. x [Hb] x SaO2/100 = 1,39 x15x 0,975 = 20 ml d'O2/100 ml sang

35. Relation entre PO2, SaO2 et concentration en O2 O2 combiné à Hb = P.O. x [Hb] x SaO2/100 = 1,39 x 10x 0,975 = 14 ml d'O2/100 ml sang

36. Affinité de l'Hb pour l'oxygène • P50 : pression partielle d'O2 pour • saturer à 50% l'Hb : • Normale : 27 mmHg • quand affinité Hb pour O2 diminue : • CO2, ions H+:Effet Bohr • 2-3 DPG (diposphoglycérate) • Température Diminution de l’affinité : favorable aux tissus Augmentation de l’affinité : favorable à l’hématose

37. Transport du CO2 • Il se fait sous 3 formes: • •Dissoute 5% • •Combiné à des protéines : composés carbaminés 5% • CO2 + RNH2R.NH.COOH • CO2+Hb.NH2Hb.NH.COOH • Effet Haldane: Fixation O2 sur Hb facilite libération CO2 • •Bicarbonates 90% • CO2+H2O H2CO3 HCO3- + H+ • anhydrase carbonique

38. Transport du CO2 H+ + HbO2 H+.Hb + O2 Effet Haldane = facilitation du transfert du CO2 par l'oxygénation Déplacement des chlorures : Effet Hamburger

39. Courbe de dissociation du CO2 Effet Haldane: Fixation O2 facilite libération CO2