PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION

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1 PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION Elisabeth Le Rumeur Introduction Mécanique ventilatoire Échanges gazeux respiratoires Transport des gaz respiratoires (oxygène et CO2) par le sang Régulation de la ventilation

2 Physiologie de la respiration 2 ème partie Les échanges gazeux pulmonaires 1. Ventilation alvéolaire et ventilation totale 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires 3. Mécanismes des échanges gazeux 4. Rapport ventilation / perfusion

3 1. Ventilation alvéolaire et ventilation totale Ventilation totale (L / min) V = VC x F VC = volume courant F = fréquence respiratoire Ventilation alvéolaire (L / min) V alvéole = (VC VD) x F VC = volume courant VD = volume mort F = fréquence respiratoire Sujet sain au repos V totale = 16 x 0.5L = 8 L/min V alvéole = 16 x ( ) = 5.6 L/min V alvéole / V totale = 0.7

4 1. Ventilation alvéolaire et ventilation totale Remarque 1 plus efficace de respirer lentement avec grand volume courant VC = 0.5 L VD = 0.15 L F = 16 VC = 0.25 L VD = 0.15 L F = 32 >>> V alvéole = 0.35 L x 16 = 5.6 L/min >>> V alvéole = 0.10 L x 32 = 3.2 L/min Remarque 2 se méfier de ce qui augmente le VD!!!

5 1. Ventilation alvéolaire et ventilation totale Remarque 3 seulement ~10% de l air alvéolaire est renouvellé à chaque cycle ventilatoire (VC-VD = 0.35 L / 3L totaux) Espace mort VD = 0.15 L Poumons = alvéoles = 3 L CRF = 2.5 L dont VR = 0.25 L VC = 0.5 L

6 1. Ventilation alvéolaire et ventilation totale Volume VRE Temps

7 Physiologie de la respiration 2 ème partie Les échanges gazeux pulmonaires 1. Ventilation alvéolaire et ventilation totale 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires 3. Mécanismes des échanges gazeux 4. Rapport ventilation / perfusion

8 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires Gaz inspiré Sang Artère Pulmonaire Poumons = Échangeur? Gaz expiré Sang Veines Pulmonaires Comparaison des valeurs des gaz de l air inspiré et expiré Comparaison des valeurs des gaz du sang artériel et veineux

9 Comparaison des valeurs des gaz de l air inspiré et expiré Méthodes: recueil des gaz dans un sac en caoutchouc analyse des gaz (cf Biochimie) Gaz F O2 F CO2 F N2 inspiré 21 % 0.03 % 78.9 % Gaz Expiré 17 % Saturé vapeur d eau 3.3 % Saturé vapeur d eau 79.7 % Saturé vapeur d eau Il y a bien eu échange au niveau des poumons

10 Le gaz alvéolaire a une composition intermédiaire Gaz F O2 F CO2 F N2 inspiré 21 % 0.03 % 78.9 % Gaz 17 % 3.3 % 79.7 % expiré Saturé vapeur d eau Chaud Saturé vapeur d eau Chaud Saturé vapeur d eau Chaud Gaz alvéolaire 14 % Saturé vapeur d eau 5.6 % Saturé vapeur d eau 80.4 % Saturé vapeur d eau

11 Comparaison des valeurs des gaz du sang artériel et veineux Méthodes Prélèvement artériel d une artère périphérique = veines pulmonaires Prélèvement veineux artère pulmonaire >> sang veineux mêlé par cathétérisme du cœur droit En ml pour 100 ml de sang O 2 C O2 N 2 C v Artère pulmonaire Sang veineux mêlé C a Veines pulmonaires Sang oxygéné 15 ml 53 ml 1 ml 20 ml 49 ml 1 ml

12 Physiologie de la respiration 2 ème partie Les échanges gazeux pulmonaires 1. Ventilation totale et ventilation alvéolaire 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires 3. Mécanismes des échanges gazeux a. Rappel sur la notion de pression partielle b. Echanges alvéolo-capillaires 4. Rapport ventilation / perfusion

13 Gaz inspiré Sang Artère Pulmonaire Poumons = échangeur Gaz expiré Sang Veines Pulmonaires Quels sont les mécanismes de l échange? Pressions partielles des gaz dans les milieux considérés air alvéolaire & Sang >>> Mécanisme physique de diffusion libre par gradient de pression

14 Physiologie de la respiration 2 ème partie Les échanges gazeux pulmonaires 1. Ventilation totale et ventilation alvéolaire 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires 3. Mécanismes des échanges gazeux a. Rappel sur la notion de pression partielle b. Échanges alvéolo-capillaires 4. Rapport ventilation / perfusion

15 a. Rappel sur la notion de pressions partielles Les pressions partielles se calculent avec * fractions en gaz de l air * pression atmosphérique Au niveau de la mer, pression atmosphérique de 760 mm Hg: Pression partielle en oxygène de l air inspiré P I O2 = 760 x 0.21 = 160 mm Hg Pression partielle en oxygène de l air alvéolaire P AO2 = (760 47) x 0.14 = 100 mm Hg Pression partielle en CO2 de l air inspiré P ICO2 = 760 x = 0.25 mm Hg Pression partielle en CO2 de l air alvéolaire P ACO2 = (760-47) x = 40 mm Hg Pressions efficaces pour les échanges gazeux dans l alvéole

16 En altitude, la pression atmosphérique chute : à 5000m, elle est de 400 mmhg P IO2 = 400 x 0.21 = 84 mm Hg & P AO2 = (400 47) x 0.14 = 50 mm Hg Diminution de moitié de la pression partielle en oxygène alvéolaire

17 Résumé Pressions partielles (0 m altitude) O2 CO2 air inspiré 160 mm Hg 0.25 mm Hg air alvéolaire 100 mm Hg 40 mm Hg

18 Pressions partielles en gaz du sang de l artère et des veines pulmonaires (Mesurées par tonométrie) O 2 CO 2 P a (mmhg) Veines pulmonaires et aorte P v (mmhg) Artère pulmonaire (veineux mêlé) P a P v 60-5

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20 Physiologie de la respiration 2 ème partie Les échanges gazeux pulmonaires 1. Ventilation totale et ventilation alvéolaire 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires 3. Mécanismes des échanges gazeux a. Rappel sur la notion de pression partielle b. Échanges alvéolo-capillaires a. La membrane alvéolo-capillaire b. Capacité de diffusion / transfert c. Diffusion alvéolo-capillaire 4. Rapport ventilation / perfusion

21 a. La membrane alvéolo-capillaire

22 b. Capacité de diffusion / transfert pulmonaire des gaz respiratoires Solubilités O 2 : ml / 1 ml CO 2 : 0.47 ml / 1 ml PM O 2 : 32 CO 2 : 45 Capacités de diffusion ml / min / mm Hg O 2 CO 2 = x 60 = ml/min 400 ml / min / mm Hg = 400 x 5 = 2000 ml/min

23 d. Diffusion alvéolo-capillaire Versant veineux (Artère pulmonaire) Versant artériel (Veines pulmonaires)

24 Physiologie de la respiration 2 ème partie Les échanges gazeux pulmonaires 1. Ventilation totale et ventilation alvéolaire 2. Mise en évidence des échanges gazeux pulmonaires 3. Mécanismes des échanges gazeux 4. Rapport ventilation / perfusion 1. Artérialisation du sang capillaire

25 Diffusion alvéolo-capillaire Artérialisation du sang capillaire Dépend de V A (ventilation alvéolaire) de Q cap ( débit sanguin capillaire) Le rapport V A / Q CAP est-il identique dans tout le poumon?

26 Dans un poumon sain, il existe une hétérogénéité de distribution de la perfusion et de la ventilation 20 fois plus de perfusion à la base qu au sommet des poumons

27 Dans un poumon sain, il existe une hétérogénéité de distribution de la perfusion et de la ventilation 2 fois plus de ventilation à la base qu au sommet des poumons

28 Dans un poumon sain, il existe une hétérogénéité de distribution de la perfusion et de la ventilation Le rapport ventilation / perfusion est 3 fois plus important au sommet qu à la base des poumons Base Sommet

29 Dans un poumon pathologique, il peut y avoir des shunts dans la circulation ou une augmentation de l espace mort L artérialisation est moins bonne car des alvéoles ne sont pas ventilées des capillaires sont obstrués

30 Effet espace mort Effet shunt