TRANSFERT ALVEOLO-CAPILLAIRE & TRANSPORT DES GAZ DU SANG

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1 TRANSFERT ALVEOLO-CAPILLAIRE & TRANSPORT DES GAZ DU SANG Dr Amine BENAMMAR Faculté de Médecine de Tlemcen Octobre 2018 OBJECTIFS Comprendre les mécanismes d échanges gazeux Comprendre comment se fait le transport des gaz de et vers les poumons Connaitre l importance pour l homéostasie de la saturation en O2 et les éléments la modifiant. 2

2 PLAN INTRODUCTION AU NIVEAU DES POUMONS MECANISMES DES ECHANGES GAZEUX AU NIVEAU DES TISSUS TRANSPORT DES GAZ SANGUINS STRUCTURE DE L HEMOGLOBINE TRANSPORT DE L O2 TRANSPORT DU CO2 3 INTRODUCTION 4

3 Le but final de la respiration pulmonaire est d approvisionner le sang en O2 et de le décharger du CO2. Le sang est le système de transport d O2 et de CO2 entre le poumon et les tissus qui prélèvent de l O2 dans le sang et l enrichissent de CO2. Il transporte aussi des nutriments, des hormones et des déchets. Les mouvements de GAZ sont dus à la différence des Pressions Partielles On appelle hématose l enrichissement du sang en O2 et son appauvrissement en CO2, au niveau des poumons. 5 MECANISMES DES ECHANGES GAZEUX On étudie la répartition des gaz dans l appareil respiratoire et dans l organisme. 6

4 AU NIVEAU DES POUMONS La paroi alvéolo-capillaire sépare: - Le sang provenant de l artère pulmonaire (sang non hématosé) - De l air alvéolaire. 7 La paroi alvéolo-capillaire sépare: - Le sang provenant de l artère pulmonaire (sang non hématosé) - De l air alvéolaire. CONSTITUANTS DE L AIR AIR INSPIRE (Air Atmosphérique) AIR EXPIRE (Air Atmosphérique + Air Alvéolaire) N2 79 %: PN2 = 79 kpa = 589 mm Hg 79 %: PN2 = 79 kpa O2 20 %: PO2 = 20 kpa = 149 mmhg 15 %: PO2 = 15 kpa Vapeur d eau 0,5 % Saturé CO2 0,04%: PCO2 = 0,04 kpa = 0,3 mmhg 5%: PCO2 = 5 kpa GAZ rares Traces Traces Rappel 1kPa = 7,45 mmhg Les seuls gaz échangés lors de la respiration sont le O2 et le CO2, l Azote n intervient pas dans les échanges gazeux (le taux d azote est le même dans tous les compartiments). 8

5 Le mécanisme à l origine du déplacement d un gaz est la DIFFUSION libre par Gradient de Pression à travers la Membrane Alvéolaire. Les déplacements de l air se font selon la loi physique de BOYLE MARIOTTE P x V = CONSTANTE REGLE: Les GAZ (de l air) se déplacent: Haute Pression Basse Pression. POUR CHANGER LES PRESSIONS IL FAUT VARIER LES VOLUMES. 9 10

6 11 Ces échanges gazeux provoquent un changement du sang non hématosé (ou sang veineux, rouge foncé) en sang hématosé (ou sang artériel, rouge vif). La respiration pulmonaire provoque l hématose : le sang entrant dans les poumons est non hématosé et le sang sortant des poumons est hématosé. L étendue (6OO millions d alvéoles pulmonaires et 70 à 100 m2 de contact air-sang) et la faible épaisseur (environ 0,5 μm) de la surface d échange, rendent les vitesses de diffusion très rapides (Volume Diffusé: 200 à 250 ml/min d O2 au repos) 12

7 AU NIVEAU DES TISSUS 13 La fine paroi des capillaires sépare le sang de la lymphe interstitielle, elle-même séparée du liquide intracellulaire par les membranes plasmiques des cellules. 14

8 La fine paroi des capillaires sépare le sang de la lymphe interstitielle, elle-même séparée du liquide intracellulaire par les membranes plasmiques des cellules. 15 La fine paroi des capillaires sépare le sang de la lymphe interstitielle, elle-même séparée du liquide intracellulaire par les membranes plasmiques des cellules. L O2 diffuse du Sang la Cellule en passant par le liquide interstitiel et Le CO2 diffuse des Cellules le Sang en passant toujours par le liquide interstitiel. La Respiration Cellulaire un appauvrissement du sang en O2 et un enrichissement en CO2 : le sang entre dans les tissus Hématosé et en sort Non Hématosé. La lenteur de la circulation capillaire (= microcirculation) favorise la diffusion des gaz. 16

9 TRANSPORT SANGUIN DES GAZ 17 La diffusion d O2 et de CO2 dans des liquides (plasma, lymphe interstitielle) impose une dissolution de ces molécules. Dans 1 litre de sang, il y a environ 3ml d O2 dissous, or 1 litre de sang apporte environ 200 ml d O2 aux cellules pour qu elles maintiennent leur activité. Donc un processus complémentaire participe au transport des gaz respiratoires La combinaison à d autres molécules qui sont des transporteurs comme l Hémoglobine présente dans le cytoplasme des Erythrocytes (= Hématie). 18

10 I. STRUCTURE DE L HEMOGLOBINE 19 L Hémoglobine est une HETEROPROTEINE* Sa partie Protéique est la GLOBINE, qui résulte de l association de 4 chaînes polypeptidiques ( 2 chaînes et 2 chaines β ) Sa partie Non Protéique est l HEME. Il y a 4 hèmes par molécule d hémoglobine/ Chaque hème contient un ion Fe 2+ qui fixe 1 molécule d O2 de manière réversible. Chaque chaîne polypeptidique est liée à un hème. *L hétéroprotéine est composé d une protéine liée à un groupement non protéique. 20

11 II. TRANSPORT DE L O2 21 Une fois que l O2 est passé du gaz alvéolaire vers le capillaire, l O2 a deux destinées: Se dissout dans le plasma pour donner une Pression Partielle qui détermine les échanges entre Gaz Alvéolaire et Sang Capillaire Pénètre dans un GR pour se fixer sur l Hémoglobine: moyen de transport de l O2 (99%), car la solubilité de l O2 est basse. Dès que l O2 passe de l alvéole au plasma, il se dissout puis se fixe très rapidement sur l Hb. 22

12 1. Combinaison de l O2 à l Hémoglobine La fixation d O2 se fait sur l hème de la molécule d hémoglobine (sur l ion Fe2+). Cette liaison est réversible. Hb + 4 O2 réaction2 réaction1 Hb(O2)4 23 La réaction 1 (= Fixation) se fait au niveau des poumons lorsque la PaO2 est. ALVEOLE CAPILLAIRE PULMONAIRE Air Alvéolaire Plasma O2 O2 Dissous HEMOGLOBINE + 4 O2 Dissous OXYHEMOGLOBINE 24

13 La réaction 2 (= Dissociation) se fait au niveau des tissus lorsque la PaO2 est Faible. CAPILLAIRE TISSULAIRE CELLULE OXYHEMOGLOBINE Plasma Liquide Interstitiel HEMOGLOBINE + 4 O2 Dissous O2 Dissous O2 Dissous O2 Consommé La forme dissoute d O2 est prioritaire sur la forme combinée car c est elle qui diffuse Courbe de Saturation de l Hémoglobine en O2 SO2 = OXYHEMOGLOBINE / Hb Totale Le % de Saturation de l Hb en O2 en fonction de la PO2 est une courbe sigmoïde qui montre que la saturation de l Hb en O2 avec la PO2, mais cette augmentation n est pas proportionnelle. 26

14 3. Modification de la Saturation de l Hémoglobine en O2 a. EFFET DU CO2 Plus la PCO2 est élevée, moins il y a d O2 fixé sur l hémoglobine: L affinité de l Hb pour O2 lorsque la PCO2, la dissociation de l oxyhémoglobine est facilitée (la courbe est décalée vers la droite). 27 b. EFFET DE LA TEMPERATURE Plus la T est élevée, moins il y a d O2 fixé sur l Hb: L affinité de l Hb pour O2 lorsque la T, la dissociation de l oxyhémoglobine est facilitée. 28

15 c. EFFET DU PH Plus le ph est, plus la courbe est décalée vers la droite donc moins d O2 fixé à l Hb puisque le % de saturation de l Hb en O2 diminue : la dissociation de l oxyhémoglobine est facilitée Impact des modification de la SaO2 sur les échanges pulmonaires et tissulaires AU NIVEAU TISSULAIRE Le métabolisme entraîne une Production de Chaleur, une Libération de CO2 et une formation d ions H+ (le ph ). Il y a donc une Libération Accrue d O2 par l Oxyhémoglobine (déplacement de la courbe de saturation vers la droite) c est l Effet BOHR. L O2 devient ainsi disponible pour les cellules. Ce phénomène est accru lors d exercices physiques. AU NIVEAU PULMONAIRE La T ainsi que la PCO2 et la concentration en ions H+ (le ph ) (déplacement de la courbe vers la gauche) alors le % de Saturation : c est l Effet HALDANE qui favorise la fixation d O2 sur l Hb. 30

16 5. Cas du Monoxyde de Carbone (CO), Concurrent de l O2 sur l Hb. C est un Gaz Inodore, Asphyxiant, libéré au cours des combustions incomplètes (appareils de chauffage défectueux, gaz d échappement des voitures, fumée de cigarettes...). Les molécules de CO se fixent sur l Hème (ion Fe2+) à la place des molécules d O2. L Hb a une affinité 200 fois supérieure pour le CO que pour l O2. Il se forme de la Carboxyhémoglobine qui est un composé stable: Hb + 4 CO = Hb(CO)4 Réaction IRREVERSIBLE à PO2 atmosphérique (traitement par oxygénothérapie des individus intoxiqués). Chez le fumeur, le % de carboxyhémoglobine peut atteindre 10% de l Hb totale, contre 1% chez le non- fumeur. 31 III. TRANSPORT DU CO2 32

17 5% de CO2 dissous dans le plasma 95% de CO2 combiné à d autres molécules. 1. FORME DISSOUTE (5%) Bien que le CO2 soit plus soluble dans l eau que l O2, la quantité dissoute reste faible (30ml de CO2 dissous dans un litre de sang artériel). Mais la Forme Dissoute est Importante sur le plan fonctionnel car c est elle qui diffuse (Diffusion). 2. A FORME COMBINEE (95%) Le CO2 est présent dans le sang sous deux formes combinées: Sous forme d ions hydrogénocarbonates. Sous forme de composés carbaminés. 33 a. IONS HYDROGENOCARBONATES Environ 70% du CO2 est transporté sous forme d ions hydrogénocarbonates (HCO3 - ), obtenus dans le sang selon la réaction suivante : CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Acide Carbonique Ion Hydrogenocarbonate Proton Cette réaction de formation des Ions Hydrogénocarbonates se fait dans le plasma, où elle est très lente, ainsi que dans les hématies, où elle est rapide car accélérée par une enzyme nommée l Anhydrase Carbonique. Dans le PLASMA, les ions hydrogénocarbonates se lient aux ions Na+, il se forme de l Hydrogénocarbonate de Sodium : NaHCO3. Dans les HEMATIES, les ions hydrogénocarbonates se lient aux ions K+, il se forme de l Hydrogénocarbonate de Potassium: KHCO3. 34

18 b. COMPOSES CARBAMINES OU CARBAMATES Environ 25% du CO2 se trouve sous forme carbaminée. Le CO2 se fixe sur les groupements NH2 libres des protéines. Lié à l Hb (sur la globine) dans les hématies et forme la carbaminohémoglobine Hb-NH2 + CO2 Hb-NH-COOH Carbaminohémoglobine Ainsi qu avec toutes les protéines plasmatiques et principalement l albumine Pr-NH2 + CO2 Pr-NH-COOH Composé Carbaminé Plasmatique 35 EXERCICES 36

19 A. LA SPIROMETRIE ET LE PLETHYSMOGRAPHIE 1. Sont deux examens pratiqués dans une cabine isolée 2. Sont deux examens pratiqués à l air libre 3. Sont deux examens de l exploration fonctionnelle cardiaque 4. Sont deux examens pratiqués pour explorer les fonctions du poumon 37 A. LA SPIROMETRIE ET LE PLETHYSMOGRAPHIE 1. Sont deux examens pratiqués dans une cabine isolée 2. Sont deux examens pratiqués à l air libre 3. Sont deux examens de l exploration fonctionnelle cardiaque 4. Sont deux examens pratiqués pour explorer les fonctions du poumon 38

20 B. L EXPLORATION FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE 1. Etudie la fonction respiratoire grâce aux débits, volumes respiratoires et échanges gazeux à l effort 2. Etudie la fonction des voies aériennes par les débits bronchiques 3. Etudie la fonction parenchymateuse par les volumes et capacités pulmonaires 4. Est indiquée pour le dépistage des infections pulmonaires 39 B. L EXPLORATION FONCTIONNELLE RESPIRATOIRE 1. Etudie la fonction respiratoire grâce aux débits, volumes respiratoires et échanges gazeux à l effort 2. Etudie la fonction des voies aériennes par les débits bronchiques 3. Etudie la fonction parenchymateuse par les volumes et capacités pulmonaires 4. Est indiquée pour le dépistage des infections pulmonaires 40

21 C. COCHEZ LA OU LES REPONSES VRAIES 1. La Spirométrie étudie : la CPT, la CRF et le VR 2. La Spirometrie étudie : CV, VC, CVF et VEMS 3. CV = VRI + VC + VR 4. CV = VRI + VC + VRE 41 C. COCHEZ LA OU LES REPONSES VRAIES 1. La Spirométrie étudie : la CPT, la CRF et le VR 2. La Spirometrie étudie : CV, VC, CVF et VEMS 3. CV = VRI + VC + VR 4. CV = VRI + VC + VRE 42

22 D. LE RAPPORT DE TIFFENEAU ET LA MORPHOLOGIE DE LA COURBE V/Temps permet : 1. De différencier les pathologies obstructives des pathologies infectieuses 2. De différencier les pathologies obstructives des pathologies restrictives 3. De différencier les pathologies obstructives des pathologies inflammatoires 4. De différencier les pathologies obstructives des pathologies physiologiques 43 D. LE RAPPORT DE TIFFENEAU ET LA MORPHOLOGIE DE LA COURBE V/Temps permet : 1. De différencier les pathologies obstructives des pathologies infectieuses 2. De différencier les pathologies obstructives des pathologies restrictives 3. De différencier les pathologies obstructives des pathologies inflammatoires 4. De différencier les pathologies obstructives des pathologies physiologiques 44

23 E. LE TEST DE REVERSIBILITE DES SYNDROMES OBSTRUCTIFS 1. Utilise les bronchoconstricteurs 2. Est positif si 10 mn après administration des bronchodilatateurs le VEMS > 12% et CVF>200 ml 3. Peut-Être faussement négatif en raison d administration de bronchodilatateurs de longue durée 4. Peut-Être faussement positif en raison d administration de bronchodilatateurs de longue durée 45 E. LE TEST DE REVERSIBILITE DES SYNDROMES OBSTRUCTIFS 1. Utilise les bronchoconstricteurs 2. Est positif si 10 mn après administration des bronchodilatateurs le VEMS > 12% et CVF>200 ml 3. Peut-Être faussement négatif en raison d administration de bronchodilatateurs de longue durée 4. Peut-Être faussement positif en raison d administration de bronchodilatateurs de longue durée 46

24 F. LA PRESSION PARTIELLE D O2 (PO2) 1. Correspond à la pression atmosphérique lorsque l air inspiré est sec 2. Dépend de la nature de l air (sec ou saturé d humidité) 3. Est le rapport de la pression totale sur la concentration fractionnaire d'o2 4. Est le produit entre la pression totale et la concentration fractionnaire d'o2 5. Est identique dans l air trachéal et dans l air inspiré sec 47 F. LA PRESSION PARTIELLE D O2 (PO2) 1. Correspond à la pression atmosphérique lorsque l air inspiré est sec 2. Dépend de la nature de l air (sec ou saturé d humidité) 3. Est le rapport de la pression totale sur la concentration fractionnaire d'o2 4. Est le produit entre la pression totale et la concentration fractionnaire d'o2 5. Est identique dans l air trachéal et dans l air inspiré sec 48

25 G. Le transport sanguin de l O2 est : 1. Est assuré soit sous forme dissoute dans le sang soit lié à l hémoglobine 2. Assuré principalement sous forme d oxyhémoglobine 3. Indépendant de la concentration d hémoglobine 4. Assuré par les ions ferreux libres 5. Assuré également sous forme de méthémoglobine 49 G. Le transport sanguin de l O2 est : 1. Est assuré soit sous forme dissoute dans le sang soit lié à l hémoglobine 2. Assuré principalement sous forme d oxyhémoglobine 3. Indépendant de la concentration d hémoglobine 4. Assuré par les ions ferreux libres 5. Assuré également sous forme de méthémoglobine 50

26 Merci Références: Echanges gazeux : Pr M.Hadjadj CHUTlemcen PCEM1 Physiologie Hôpital Bichat Echanges Gazeux: Fédération Française d étude et de sport sous-marin Physiologie Humaine SHERWOOD Physiologie Respiratoire : Dr F.B.SARR 51