PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION

PHYSIOLOGIE DE LA RESPIRATION Elisabeth Le Rumeur 2011-12 Introduction Mécanique ventilatoire Échanges gazeux respiratoires Transport des gaz respiratoires (oxygène et CO2) par le sang Échanges gazeux tissulaires Régulation de la respiration

Physiologie de la respiration 3 ème partie Transport des gaz par le sang A. Transport de l oxygène 1. Contenu du sang en oxygène 2. Formes de transport de l oxygène dans le sang 3. Formation / dissociation de l hémoglobine

1. Contenu en oxygène du sang On prélève un volume de sang à l abri de l air et avec anticoagulant Puis mesure des gaz du sang (cf biochimie) C a O 2 200 ml / L sang artériel 340 ml (1.7 L) C v O 2 150 ml / L sang veineux 500 ml (3.4 L)

Physiologie de la respiration 3 ème partie Transport des gaz par le sang A. Transport de l oxygène 1. Contenu du sang en oxygène 2. Formes de transport de l oxygène dans le sang 3. Formation / dissociation de l hémoglobine

2. Formes de transport de l oxygène par le sang Oxygène Dissous Combiné à l hémoglobine

Oxygène Dissous Seule forme accessible aux tissus Loi de Henry V = α. P a O 2 / 760 V = volume de gaz dissous α = Coefficient de solubilité = 0.023 ml / 1 ml de sang P a O2 = Pression partielle en oxygène du sang artériel P a 02 = 95 mmhg P v 02 = 40 mmhg V = 3 ml / 1 L sang artériel V = 1.2 ml / 1 L sang veineux

Comparaison contenu total et dissous du sang en oxygène C a O 2 200 ml / L sang artériel 3 ml O 2 dissous / L C v O 2 150 ml / L sang veineux 1.2 ml O 2 dissous / L

Oxygène Combiné à l hémoglobine des globules rouges La quantité d oxygène transportée par l hémoglobine = la différence entre l oxygène total et l oxygène dissous Sang artériel 200 ml 3 ml = 197 ml Sang veineux 150 ml 1.2 ml = 148.8 ml

Hémoglobine 2 chaînes α et β forment un tétramère Hb A = α 2 β 2 PM = 64000 da Groupement prosthétique (hème) qui fixe l O 2

1 atome de Fer / groupe prosthétique 1 molécule d O2 / atome de Fer 4 atomes de Fer / tétramère d hémoglobine 4 molécules d O2 / molécule d hémoglobine Le Fer est toujours sous forme ferreux (réduit) même si O2 est fixé >>> réaction réversible L hémoglobine est désoxygénée en absence d O2 / oxygénée en présence d O2

Notion de pourcentage de saturation de l hémoglobine par l oxygène 1 mole d hémoglobine peut fixer 4 moles d oxygène au maximum 64000 g d Hb (1 mole) peut fixer 4 x 22.4 L d O2 1 g d Hb peut fixer 4 x 22.4 L / 64000 = 1.34 ml d O2 150 g d Hb / L sang peut fixer 1.34 x 150 = 201 ml d O2 Sang artériel S a O 2 = 197 / 201 = 98 % saturation Sang veineux S v O 2 = 148.8 / 201 = 74 % saturation

Physiologie de la respiration 3 ème partie Transport des gaz par le sang A. Transport de l oxygène 1. Contenu du sang en oxygène 2. Formes de transport de l oxygène dans le sang 3. Formation / dissociation de l hémoglobine

Courbe de Barcroft / saturation de l hémoglobine en O2 PO2 mm Hg 10 20 40 100 O2 total ml / 100 ml 2.73 7.06 15 20 O2 dissous ml / 100 ml 0.03 0.06 0.12 0.3 O2 combiné ml / 100 ml 2.70 7.00 14.88 19.7 SO2 % 13.5 35 75 98

Courbe de Barcroft / saturation de l hémoglobine en O2 SvO2 SaO2 La saturation dépend de la PO 2 de manière non linéaire, mais par une fonction sigmoïde L affinité pour l O2 est faible pour les PO2 basses / forte pour les PO2 élevées

La saturation de l Hémoglobine par O2 est modifiée aussi par P CO2 [H+] (ph) Température SvO2 SaO2 Effet Bohr : L arrivée du CO2 dans le sang favorise le départ de l O2 de l hémoglobine L augmentation de la température, la diminution du ph déplace la courbe vers la droite

Physiologie de la respiration 3 ème partie Transport des gaz par le sang A. Transport de l O2 B. Transport du CO2 1. Contenu du sang en CO2 2. Formes de transport du CO2 dans le sang 3. Facteurs de formation et de dissociation des formes de transport du C02 4. Transport du CO2 et équilibre acido-basique

1. Contenu en CO2 du sang On prélève un volume de sang à l abri de l air et avec anticoagulant Puis mesure des gaz du sang >> cf biochimie C a CO 2 490 ml / L sang artériel 830 ml (1.7 L) C v CO 2 530 ml / L sang veineux 1800 ml (3.4 L)

2. Formes de transport du CO2 dans le sang CO2 Dissous Combinaison chimique

CO2 Dissous Loi de Henry V = α. P a CO 2 / 760 V = volume de gaz dissous α = Coefficient de solubilité = 0.47 ml / 1 ml de sang P a CO2 = Pression partielle en CO2 du sang artériel P a C02 = 40 mmhg P v C02 = 45 mmhg V = 25 ml / 1 L sang artériel V = 30 ml / 1 L sang veineux

CO2 Combinaison chimique Bicarbonates 80 % Composés Carbaminés 10 % CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + Equilibre, réversible Fixation sur la fonction NH2 terminale des protéines R-NH2 + CO2 R-NH-COOH Essentiellement sur Hémoglobine des GR >> carbaminohémoglobine

3. Facteurs de formation et de dissociation des formes de transport du C02 PCO 2 Tissus CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + Poumons La PCO 2 détermine la quantité de forme bicarbonate en déplaçant l équilibre dans un sens ou dans l autre (relation linéaire) Toute arrivée de CO2 dissous dans le sang (tissus) >>> augmente la PCO2 >>> augmente la formation de bicarbonates Toute baisse de CO2 dissous dans le sang (poumons) >>> diminue la PCO2 >>> diminue la formation de bicarbonates

3. Facteurs de formation et de dissociation des formes de transport du C02 PO 2 L O 2 modifie en partie l équilibre de la formation des bicarbonates. Quand O2 augmente, >>> la formation de bicarbonates diminue pour une même PCO2 (poumons) Quand O2 diminue, >>> la formation de bicarbonates augmente pour une même PCO2 (tissus) = EFFET HALDANE Le départ de l O2 de l hémoglobine favorise la fixation du CO2 en bicarbonates et inversement

4. Transport du CO2 et équilibre acido-basique CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + Rôle dans le maintien du ph sanguin ph = log 1 / [H+] = pk + log [HCO3-] / [H2CO3] Equation d Henderson-Hasselbach ph = pk + log [HCO3-] / 0.03 PCO2

Poumons Reins Eliminent le CO2 230 ml CO2 / min 15 20 000 meq H + / j Eliminent le H2CO3 60 mmole / j Régulation de l équilibre CO2 + H2O <> H2CO3 <> HCO3- + H+ Acidose respiratoire Alcalose respiratoire

Introduction Mécanique ventilatoire Échanges gazeux respiratoires Transport des gaz respiratoires (oxygène et CO2) par le sang Échanges gazeux tissulaires Régulation de la ventilation

Physiologie de la respiration 4 ème partie Echanges gazeux tissulaires 1. Mise en évidence des échanges gazeux tissulaires 2. Mesure des échanges gazeux 3. Mécanismes des échanges gazeux tissulaires

1. Mise en évidence des échanges gazeux tissulaires Sang artériel Organes - Tissus = échangeur Sang veineux Ca O 2 = 200 ml /L Ca CO 2 = 490 ml /L CvO 2 = 150 ml /L CvCO 2 = 530 ml /L Différences artério-veineuses pour O 2 (DAV) Ou veino-artérielle pour CO 2 (DVA)

2. Mesure des échanges gazeux Au niveau d un tissu (foie, cœur, muscle ) on mesure la consommation d O 2 = volume d O 2 utilisé par minute V O 2 = (a-v)o 2. Qs (a-v)o 2 = différence artério-veineuse Qs = débit sanguin local

Exemple: Muscles au repos CaO 2 = 200 ml/l CvO 2 = 150 ml/l Qs = 0.75 L/min V O 2 = (200-150). 0.75 = 37.5 ml/min Muscles à l effort 2 mécanismes pour augmenter l apport en O2 Augmenter (a-v)o2 >>> diminuer la CvO2 Augmenter Qs >>> 25 L/min CaO2 = 200 ml/l CvO2 = 50 ml/l >> (a-v)o2 = 150 ml/l V O2 = 150. 25 = 3750 ml / min La V O 2 100 fois plus importante à l effort

3. Mécanismes des échanges gazeux tissulaires Diffusion suivant un gradient de pression partielle O2 dissous / CO2 dissous Entre Sang circulant / Liquide interstitiel / Intérieur des cellules jusqu à égalisation des pressions partielles des deux côtés

Tissus / Cellules R + O 2 >> CO 2 + H 2 O + énergie Liquide interstitiel PO2 = 40-50 mm Hg PCO2 = > 45 mm Hg Versant artériel PaO2 = 95 mm Hg Pa CO2 = 40 mm Hg Versant veineux PvO2 = 40 mm Hg PvCO2 = 45 mm Hg