Sujet : N 1. Les échanges gazeux et la prise en charge des gaz respiratoires par le sang

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1 SESSION 2007 CA PLP externe CAFEP Section: BIOTECHNOLOGIES Option: SANTE ENVIRONNEMENT EXPOSE DE BIOLOGIE HUMAINE Sujet : N 1 Les échanges gazeux et la prise en charge des gaz respiratoires par le sang Liste des annexes : Annexe 1 Document 1 : Document 1 : Composition en O2, CO2, N2 de l air Source : Biologie humaine S. Debacq et I. Fanchon Edition Nathan Document 2 : Pression partielles des gaz dans l air atmosphérique, le sang et les tissus. Source : Biologie humaine E. Périlleux et D. Richard Edition Nathan Annexe 2 Document 1 : lobule pulmonaire Source : Anatomie et physiologie humaine Marieb Edition Deboeck université. Document 2 : Une surface d échange très efficace Source : Biologie humaine E. Périlleux et D. Richard Edition Nathan Document 3 : La paroi alvéolaire Source : internet Annexe 3 Document 1 : Structure de l hémoglobine Source : Université Pierre et Marie Curie Site internet Document 2 : Schéma général de la fixation de l'oxygène sur l'hémoglobine selon le modèle MONOD, WYMAN, CHANGEUX (1965) Source: Lehninger, A. L. "Principles of Biochemistry, 3rd Ed." (2000) Ed. Worth Publishers Annexe 4 Document 1 : Courbe de saturation de l hémoglobine en dioxygène en fonction de la PO 2 Source : Tortora et Grabowski Editions ERPI (Document réalisé par l auteur d après la source) Document 2 : Influence de divers facteurs sur la saturation de l hémoglobine en dioxygène Source : Tortora et Grabowski Editions ERPI Annexe 5 Document 1 : Transport du CO2 par le sang Source : Physiologie de l activité physique. Energie, nutrition et performance M. Nadeau W. McArdle F. Katch V. Katch. Editions Maloine/Edisem Document 2 et 3 : Effet Böhr et Effet Haldane Source : Traité de physiologie médicale Guyton Modifiés par l auteur du sujet Annexe 6 Document 1 : Adaptation de l organisme à l altitude Source : Annexe 7 Document 1 : Le monoxyde de carbone : Tueur silencieux Source : Extrait de «6O millions de consommateurs» HS N 123 Oct Nov /10

2 Annexe 1 Document 1 : Composition en O 2, CO 2, N 2 de l air Gaz (en %) Air atmosphérique Air alvéolaire Air expiré Dioxygène ,5 Dioxyde de carbone 0,03 5,5 4,5 Diazote Document 2 : Pression partielles (en kpa) des gaz dans l air atmosphérique, le sang et les tissus. Air atmosphérique Air alvéolaire Sang non hématosé Sang hématosé Cellules Dioxygène , Dioxyde de carbone ,1 5,6 6,6 Diazote 80,13 75,3 75,3 75,3 75,3 2/10

3 Annexe 2 Document 1 : lobule pulmonaire Document 2 : Une surface d échange très efficace A) Une surface d échange efficace d alvéoles par poumon - surface totale estimée : 200 m² - volume total : 3 L - surface d échange AIR / SANG = 70 m² - épaisseur de la paroi : µm - volume de sang subissant des échanges gazeux : Litres par jour - temps de diffusion : seconde - volume de dioxygène diffusé : de 200 à 5500 ml.min -1 selon les conditions d effort physique Document 3 : La paroi alvéolaire Document 3 a : Observation en Microscopie photonique 3/10

4 Document 3 b : Observation en Microscopie éléctronique à transmission a=235 4/10

5 Annexe 3 Document 1 : Structure de l hémoglobine Sous unités Sous unités β Hème Document 2 : Schéma général de la fixation de l'oxygène sur l'hémoglobine selon le modèle MONOD, Les deux états conformationnels que peut adopter un protomère ou β sont dénommés respectivement : T (pour "Tense"), conformation "tendue". R (pour "Relax"), conformation "relâchée". 5/10

6 Annexe 4 Document 1 : Courbe de saturation de l hémoglobine en dioxygène en fonction de la PO 2 6/10

7 Document 2 : Influence de divers facteurs sur la saturation de l hémoglobine en dioxygène 7/10

8 Annexe 5 Document 1 : Transport du CO2 par le sang Document 2 : Effet Haldane 8/10

9 Document 3 : Effet Böhr et Effet Haldane Annexe 6 Document 1 : Adaptation de l organisme à l altitude Acclimatation à la haute altitude Résidents permanents Parisiens (26 m) Tibétains (4300 m) Membres de l'expédition chinoise Everest 1979 Niveau mer Camp de base (5400 m) Camp VI (8050 m) Sommet (8848 m) % de saturation de HbO Hématocrite Taux d'hémoglobine (g/100ml) ,5 17,8 18,4 18,4 PH sanguin 7,42 7,43 7,42 7,45 7,55 7,67 VO 2 en ml combiné à 100 ml de sang artériel /10

10 Annexe 7 Document 1 : Le monoxyde de carbone : tueur silencieux Sans odeur, incolore, issu d'appareils de combustion mal réglés, le monoxyde de carbone est le plus redoutable des toxiques domestiques. Chronique d'empoisonnements invisibles qui tuent encore chaque année... Dès les premiers froids, les pouvoirs publics savent que l'on comptera des milliers d'intoxications au gaz monoxyde de carbone (CO) et des centaines de morts. Même si la situation s'améliore un peu, hospitalisations, en urgence et avec des moyens lourds de réanimation, et près de 300 décès ont été recensés en Les rescapés de ces accidents graves peuvent en garder des séquelles neurologiques à vie. La nocivité du CO est pourtant identifiée depuis longtemps, de même que son mécanisme d'action. Incolore et inodore, ce qui le rend indécelable (à moins d'avoir un détecteur), ce gaz diffuse très vite dans l'air. Absorbé par l'organisme, il se fixe sur l'hémoglobine du sang, provoquant une asphyxie foudroyante, même à faible dose. À 0,1 % de taux de CO dans l'air, c'est la mort en une heure, en un quart d'heure à 1 %, instantanément à 10 %. On connaît très bien les sources de CO : des appareils à combustion (poêles, chauffe-eau, cheminées...) au fonctionnement défectueux. Le gaz mortel se forme quand un combustible organique (fioul, charbon, gaz de ville ou en bonbonne, bois...) brûle de façon incomplète. Trois raisons principales : un appareil fonctionnant mal (brûleur de chauffe-eau déréglé...), un refoulement des fumées (conduit d'évacuation encombré) ou un mauvais tirage du foyer (oxygénation insuffisante par manque d'air frais). Ces circonstances pourraient laisser croire que l'empoisonnement au CO est majoritairement une "maladie de la précarité" due, caricaturalement, à un chauffage de fortune installé par une famille en surnombre dans un appartement vétuste dont on a calfeutré portes, fenêtres et bouches d'aération en vue de se protéger du froid extérieur. GARE AUX CHAUFFAGES D'APPOINT «Ce profil existe, mais il faut bien se garder de le généraliser», prévient Monique Ayoubi, responsable de la gestion des intoxications oxycarbonées au Laboratoire central de la préfecture de police, à Paris. «Ce n'est pas un problème social, nos enquêtes sur les logements insalubres ne nous y ont pas révélé un plus grand nombre de cas que dans les beaux quartiers. On voit ainsi de plus en plus d'intoxications dues à des poêles d'appoint à pétrole dans des bâtiments " tout-électrique " à la facture de chauffage prohibitive.» C est notamment le cas dans le Nord-Pas-de-Calais, qui fait partie des régions à risques pour l'intoxication au CO (estimations : hospitalisations et 40 décès par an), en raison de grands froids (recours aux chauffages d'appoint) et de périodes de brouillard (conditions climatiques provoquant des refoulements dans les conduits de fumées). De fait, et c'est l'une des difficultés de la prévention, les idées reçues sur ce risque ont la peau dure. Aujourd'hui, la grande majorité des foyers à charbon a disparu, de même que les petits chauffe-eau instantanés non raccordés à un conduit d'évacuation, qui équipaient la salle de bains ou la cuisine des logements anciens. Les utilisateurs oubliaient parfois de les éteindre après usage, il suffisait qu'ils soient défectueux pour que le CO mortel s'accumule dans la pièce. LES CONDUITS DE FUMÉES : À SURVEILLER DE PRÈS Mais, depuis 1996, le raccordement à un conduit d'évacuation des fumées est obligatoire, comme la présence d'un système de sécurité coupant la combustion au-delà d'une certaine température. De même, ces appareils ne peuvent plus être installés dans une chambre, une salle à manger ou une salle de bains. «Ces vieilles installations non conformes sont en voie de disparition, elles ne nous ont occasionné aucun accident en 2004, souligne Monique Ayoubi. Aujourd'hui, les problèmes sont essentiellement le fait d'appareils disposant d'un conduit d'évacuation des fumées, mais mal entretenus.» Confirmation par une enquête nationale menée en 2002 par la Direction générale de la santé sur cas d'intoxication au CO (sur 724 lieux), principalement dans le Nord-Pas-de-Calais, les Pays de la Loire, le Limousin, le Massif central, l'hérault, en Picardie, en Haute-Normandie, en Bourgogne et en région Rhône-Alpes. Parmi les installations incriminées, 61 % fonctionnaient au gaz, 32 % au charbon et 7 % au fioul. La ventilation joue un rôle crucial : l'aération de la pièce était inexistante (35 % des cas), incorrecte (57 %) ou volontairement bouchée (8 %). Dans environ 120 situations, le conduit de fumées était en cause (non réglementaire, défectueux ou obstrué). 10/10