Physiologie Respiratoire. Cours n 2 D. MAILLARD Circulation pulmonaire Physiologie et physiopathologie des échanges gazeux

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1 Physiologie Respiratoire Cours n 2 D. MAILLARD Circulation pulmonaire Physiologie et physiopathologie des échanges gazeux

2 Circulation Pulmonaire

3 VP OG VG Coeur Gauche Aorte Poumons Circulation Systémique Coeur Droit AP VD OD VCI VCS

4 Perfusion pulmonaire intra et extra alvéolaire - Hémodynamique P A P art P CP P v Artériole P A Alvéole Capillaire Veinule

5 P art = P AP - gh I P A > P art > P v P art > P A > P v II III Débit I II III IV P v = P OG - gh AP VP OG OD VD P art > P v > P A IV VG P art = P AP + gh P v = P OG + gh

6 Résistances Vasculaires Pulmonaires Pression Artérielle Pulmonaire Moyenne - Pression Moyenne de l'oreillette Gauche (mmhg) Débit Cardiaque (L/min) P AP - P CP QC = 12-6 = 1,2 mmhg/l/min (UR) 5

7 Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires Résistances Vasculaires Pulmonaires (cm H 2 O/L/min) 300 Recrutement 200 Pression Artérielle 100 Pression Veineuse Pression (cm H 2 O) Distension

8 I P A > P art > P v II Pression P art > P A > P v III Pression de Distension et de Recrutement Maximum I, II, IV P art > P v > P A IV III Débit

9 Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires Résistances Vasculaires Pulmonaires (cm H 2 O/L/min) 120 Résistances Vasculaires Pulmonaires Totales Alvéolaires CRF Volume Pulmonaire (ml) VR CRF CPT Volume Pulmonaire Extra-alvéolaires

10 Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires Augmentation des Résistances Vasculaires Pulmonaires (%) ph 7,1 7,2 7,3 7, Pression Partielle en Oxygène Alvéolaire (mmhg)

11 Facteurs modifiant les résistances vasculaires pulmonaires Vasomotricité des Artérioles Pulmonaires Substances Circulantes Acétylcholine Prostaglandine E Bradykinine Substances Circulantes Catécholamines Prostaglandine F Angiotensine II Histamine P A O 2 ph P AP O 2

12 Échanges liquidiens intra pulmonaires Qf = k[(p CP - P A ) - CP ] = k[(10-0) - 25] = - 15 Alvéole P Hyd = 14 mmhg Artériole = 25 mmhg Capillaire P CP P Hyd = 10 mmhg P Hyd = -3 mmhg Interstitium = 19 mmhg = 25 mmhg Veinule P Hyd = 8 mmhg Qf = k[(p CP - P I ) - ( CP - ] = k[10 - (-3) - (25-19)] = 7 Lymphe

13 Oedème Pulmonaire Alvéole Oedème Alvéolaire Etiologies Interstitium Capillaire Oedème Interstitiel P cap Alvéole Circulation Lymphatique Lésion

14 Physiologie et physiopathologie des échanges gazeux - La ventilation alvéolaire - La diffusion alvéolo-capillaire - Le court-circuit droit-gauche - Les anomalies de distribution des.. rapports V A /Q C

15 La ventilation alvéolaire

16 Volume courant 500ml Fréquence respiratoire 15/min Ventilation totale 7500 ml/min Espace mort Anatomique 150ml Gaz alvéolaire 3000ml Ventilation alvéolaire 5250 ml/min Sang Capillaire Pulmonaire 70 ml Débit sanguin Pulmonaire 5000 ml/min

17 Trachée 1ère génération Zone de conduction (espace mort anatomique) bronchioles terminales bronchioles respiratoires alvéoles Zone des échanges Gazeux (espace alvéolaire)

18 Espace mort anatomique VD Ne participe pas aux échanges gazeux Zone de conduction : environ 150 ml (2ml/kg) Rôle +++ Réchauffer et humidifier l'air inspiré Epurer l'air inspiré des grosses particules En série entre la bouche et les alvéoles Altère l'efficacité de la ventilation Une fraction de l'air inspiré ne parvient pas aux alvéoles

19 Espace Mort (V D ) Zones ventilées mais non perfusées = pas d échanges gazeux V D physiologique = V D anatomique + V D alvéolaire Trachée Bronches Bronchioles terminales Alvéoles ventilées Non perfusées

20 Gaz Inspiré F I O 2 = 21% F I CO 2 = 0% F I N 2 = 79% P I 0 2 = 150 mmhg P I CO 2 = 0 mmhg Gaz Alvéolaire V A = V T - (V D f) VO 2 = V A (F i O 2 - F A O 2 ) VCO 2 = V A F A CO 2 F A O2=14% F A CO2=5,5% P A O 2 = 100 mmhg P A CO 2 = 40 mmhg Gaz Expiré V T = V T f VO 2 = V T (F i O 2 - F E O 2 ) VCO 2 = V T F E CO 2 F E O2 = 17,5% F E CO2 = 3,5%

21 Ventilation alvéolaire V A É quations des gaz alvéolaires La ventilation alvéolaire est la fraction de la ventilation totale (VE) qui parvient aux alvéoles Aucun échange gazeux dans le VD Tout le CO 2 expiré provient donc du gaz alvéolaire VCO 2 = VA. FACO 2 = VA. PACO 2.K PACO 2 = VCO2x VA

22 Equation de l'air alvéolaire PAO 2 = PIO 2 PAO 2 /R PIO 2 PA CO 2 = Pa CO 2 R= quotient respiratoire = VCO 2 /VO 2 = 0,8 PIO 2 = 150 mmhg En pratique clinique: PAN 2 = cst PAO 2 + PACO 2 PH 2 0 = 47 PaCO 2 PAO 2 = PaCO 2

23 Ventilation normale P A O 2 P A CO 2 P A O 2 + P A CO 2 = constante hypoxie P A O 2 Hypoventilation P A CO 2 hypercapnie P A O 2 hyperoxie Hyperventilation hypocapnie P A CO 2

24 Causes d'hypoventilation alvéolaire Dépression des centres respiratoires par des drogues Atteinte des centres respiratoires par tumeur, hémorragie, encéphalopathie Atteinte de la moelle épinière (poliomyélite) Atteinte des racines nerveuses des nerfs moteurs (Guillain Barré, diphtérie) de la jonction neuromusculaire (myasthénie) Atteinte des muscles respiratoires Atteinte de la cage thoracique (cyphoscoliose) Trouble ventilatoire obstructif, compression trachéale Augmentation de l'espace mort alvéolaire

25 L hypoventilation alvéolaire P a O 2 = 48 mmhg P a CO 2 = 80 mmhg ph = 7,18 HCO - 3 = 29,8 mmol/l P A O 2 = P I O2-1,15 P a CO 2 = (P b -47)F I O2-1,15(80) = [(760-47) 0,21] - 92 = = 58 mmhg Hypoxémie Hypercapnie Acidose respiratoire DA-a O 2 = 10 mmhg (5 à 15 normale) Si DA-a O 2 normal = hypoventilation alvéolaire pure sans atteinte des bronches et parenchyme

26 La diffusion alvéolocapillaire

27 DIFFUSION DES GAZ A TRAVERS LA MEMBRANE ALVEOLO CAPILLAIRE ALVEOLE PVO2 40 mmhg PVCO2 45 mmhg ALVEOLE PAO2 100 mmhg GR O2 PACO2 40 mmhg CO2 < 1µm PcO2 100 mmhg PcCO2 40 mmhg V GAZ = K. ( PAO2 PVO2) K dépend de sol, e, S, PM

28 Le transfert de gaz : loi de Fick. V gaz = S.d (P1-P2) / E D= S.d / E. D = V gaz / P1-P2

29 P a O 2 (mmhg) P A O Normale Exercice Anormale Très anormale DAaO2 PaO ,25 0,50 0,75 Temps Capillaire (sec)

30 Effet de l altitude sur la diffusion P A O 2 P a O 2 (mmhg) Normale Anormale Très anormale ,25 0,50 0,75 Temps Capillaire (sec) PAO2 PvO2 diminué Vitesse de réaction Hb O2 diminué Temps d équilibre Alvéole sang capillaire allongé Risque vital

31 Diffusion capillaire alvéole du CO2 PcpCO 2 (mmhg) 45 Normale Anormale 40 0 Exercice 0,25 0,50 0,75 Temps Capillaire (sec) PACO 2 Le CO2 a un coefficient de diffusion 20 fois plus grand que celui de l O2.

32 Alvéole Hématie O 2 D M O 2 + Hb HbO 2 V c 1/D L = 1/D M + 1/D E 1/D L = 1/D M + 1/ V c

33 Détermination du transfert alvéolo-capillaire chez l homme. DL = V(x) / P A (x) - P cap (x). DLCO = V(CO) / P A (CO) DLO 2 = 1,23 DLCO Mesure du coefficient de transfert du CO par méthode en apnée

34 Causes de troubles de diffusion 1. Anomalies de la barrière Épaississement de la paroi dans les pathologies interstitielles (fibroses) Réduction de la surface d'échange (emphysème, pneumonectomie) 2. Anomalies vasculaires Réduction du volume sanguin (embolie) Réduction de la concentration en hémoglobine (anémie)

35 Le trouble de diffusion Repos : Exercice : PaO2 75 mmhg 55 mmhg PaCO2 34 mmhg 30 mmhg ph 7,44 7,50 HCO3-23,1 mmol/l 23,4 DA-aO 2 36 mmhg 60,5 mmhg Hypoxémie DA-aO2 Aggravation avec l exercice DLCO s Surface de diffusion e Distance de diffusion Qc Débit cardiaque K Perméabilité

36 Le court-circuit droit-gauche

37 CcapO 2 CvO 2 Q T Q S CaO 2 Q T Q T CaO 2 = Q S CvO 2 + (Q T - Q S ) CcapO 2 Q S /Q T = CcapO 2 - CaO 2 / CcapO 2 - CvO 2

38 Causes de court circuit 1. Physiologique : Anastomoses vraies entre les systèmes veineux et artériel intra pulmonaires Veines bronchiques débouchant dans les veines pulmonaires Veines de Thébésius drainant une partie du sang veineux myocardique dans le ventricule gauche 2. Pathologique : Pneumonie Œdème pulmonaire Ouverture d'anastomoses intra pulmonaire (cirrhose hépatique)

39 Le court-circuit droit-gauche PcapO 2 = 40 mmhg A O 2 C 2 capillaire C 1 artère CO 2 A PaO 2 =50 mmhg capillaire PcapO 2 = 135 mmhg A.A O 2 =100% PaO mmhg PaCO mmhg ph 7,42 7,38 - HCO 3 24,6 24,8 shunt D-G 50 % de Q c Hypoxémie Normocapnie Epreuve d hyperoxie anormale

40 Le court-circuit droit-gauche Oxygénation (21 %) Oxygénation (100 %) Concentration en O 2 c 1 v a c 2 c 1 v a c Pression Partielle en Oxygène (mmhg) 600

41 Les anomalies de distribution.. des rapports V A /Q C

42 Capacité Vitale (%) V2 Sommet V1 Base 20 P1 P Pression (cm H 2 O)

43 Rapport Ventilation-Perfusion: V A /Q V A /Q V A /Q PO 2 Alvéolaire (mmhg) Sommet V A Q 6 0,0 0,5 1,0 1,5 V A ou Q (L/min par Poumon) Base PCO 2 Alvéolaire (mmhg)

44 La distribution des rapports ventilation/perfusion Physiologiquement non homogène En pathologie, on observe une inhomogénéité plus grande dans tous les troubles ventilatoires obstructifs et restrictifs avec apparition d : Effet shunt par trouble de distribution de la ventilation (tendance au shunt) Effet espace mort par trouble de distribution de la perfusion (tendance à l espace mort)

45 Conséquences sur les gaz du sang PCO 2 (mmhg) B A C 50 base V A /Q sommet PO 2 (mmhg)

46 Conséquences sur les gaz du sang PCO 2 (mmhg) 50 v V A /Q moyen PO 2 (mmhg)

47 L effet shunt par trouble de distribution de la ventilation (asthme) PcapO 2 = 50 mmhg A1 A2 P A 1 P A 2 C 2 C capillaire 1 Distribution de la ventilation artère PaO 2 =70 mmhg capillaire PcapO 2 = 125 mmhg A.A O 2 =100% PaO mmhg PaCO mmhg ph 7,42 7,40 HCO 3-24,6 24,8 mmol/l Hypoxémie Normocapnie Epreuve d hyperoxie normale

48 L effet shunt par trouble de distribution de la ventilation Concentration en O 2 v c 1 a c Pression Partielle en Oxygène (mmhg)

49 Les causes d hypoxémie Troubles des Échanges PaO 2 PaCO 2 D(A - a)o 2 Diagnostic Gazeux mmhg Hypoventilation diminuée augmentée < 10 PaCO 2 augmentée DO 2 < 10 Diffusion diminuée diminuée > 10 DLCO et Épreuve d'effort Shunt Droite-Gauche diminuée normale ou > 10 Épreuve en diminuée oxygène pur Anomalies V A /Q diminuée normale ou > 10 diminuée