UE3-2 - Physiologie Physiologie Respiratoire Chapitre 8 : Echanges gazeux Docteur Sandrine LAUNOIS-ROLLINAT Année universitaire 2010/2011 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés.
Echanges gazeux Contrôle Ventilation pulmonaire Echanges gazeux Transport des gaz Echanges gazeux Respiration cellulaire
Echanges gazeux alvéolo-capillaires Moulage des vaisseaux pulmonaires Moulage de l arbre bronchique Ventilation minute (alvéolaire) Circulation pulmonaire Echanges gazeux
Echanges gazeux alvéolo-capillaires Généralités Diffusion alvéolo-capillaire Principes physiques Diffusion de l O 2 et du CO 2 Efficacité des échanges gazeux alvéolocapillaires Facteurs déterminants l efficacité des échanges gazeux Poumon idéal vs poumon réel Rapports ventilation/perfusion
Généralités Echanges alvéolo-capillaires Echanges gazeux Oxygène Dioxyde de carbone Anesthésiques gazeux ou volatils Toxiques (CO, alcool) Echanges non gazeux Cellules Liquides Particules Ethylotest Nanoparticules de carbone
Généralités Membrane alvéolocapillaire (MAC) ALVEOLE P 1 épaisseur 0,3-0,5 au minimum: film liquidien alvéolaire (F) bras d un pneumocyte I (P1) membranes basales fusionnées entre épithélium alvéolaire et capillaire (MB) cellule endothéliale (E) F MAC CAPILLAIRE HEMATIE
Généralités Pression capillaire en O 2 = PcO 2 Pression inspirée en O 2 = PIO 2 Pression alvéolaire en O 2 = PAO 2 Pression veineuse en O 2 = PvO 2 Pression artérielle en O 2 = PaO 2 1kPa = 7,5 mmhg 1mmHg = 0,133 kpa
Généralités Alvéole: phase gazeuse Membrane alvéolocapillaire Capillaire: phase liquide P a O 2 = 14 kpa Sang artériel P a CO = 5,3 kpa 2 Ventilation alvéolaire O 2 P A O 2 = 14 kpa P A CO = 5,3 kpa 2 CO 2 P v O 2 = 5 kpa P v CO = 6 kpa 2 Perfusion pulmonaire Sang veineux mêlé
Echanges gazeux alvéolo-capillaires Généralités Diffusion alvéolo-capillaire Principes physiques Diffusion de l O 2 et du CO 2 Efficacité des échanges gazeux alvéolocapillaires Facteurs déterminants l efficacité des échanges gazeux Poumon idéal vs poumon réel Rapports ventilation/perfusion
Principes de la diffusion Un gaz diffuse toujours d une zone de pression partielle élevée vers une zone de pression partielle plus basse jusqu à ce qu un équilibre soit atteint A B
Principes de la diffusion Dans un mélange gazeux, chaque gaz se comporte de façon indépendante Gaz 1 Gaz 2 A B
Principes de la diffusion Diffusion d un gaz d un milieu gazeux vers un milieu liquide mêmes lois qu au sein d un milieu gazeux homogène Milieu liquide Milieu gazeux
Principes de la diffusion Diffusion du gaz proportionnelle aux caractéristiques de la membrane aux caractéristiques du gaz au gradient de pression au temps de contact entre le gaz et la membrane Gaz x Loi de Fick de la diffusion d un gaz à travers un tissu Membrane
Principes de la diffusion Diffusion du gaz proportionnelle e S à la surface S du tissu à l inverse de l épaisseur e du tissu au gradient de pression de part et d'autre du tissu (P 1 -P 2 ) au temps de contact (dt) à la constante de diffusion du gaz Constante de diffusion P1 d(t) Gaz x P2
Principes de la diffusion Diffusion du gaz proportionnelle à la constante de diffusion du gaz proportionnelle à la solubilité du gaz inversement proportionnelle à la racine carrée de son poids moléculaire Constante de diffusion du CO 2 >> O 2 Constante de diffusion P1 e d(t) Gaz x S P2
Diffusion alvéolo-capillaire Diffusion de l O 2 kpa 13 13 Grande P entre le sang qui arrive dans les capillaires pulmonaires et l air alvéolaire kpa PO 2 sanguine 5 5 6 6 P = 8 PCO 2 sanguine 5 5 Equilibre atteint rapidement (0,3-0,4s) PO 2 = 5 alvéole PO 2 =13 PO 2 =13 artère capillaire veine temps de transit
Diffusion alvéolo-capillaire Diffusion du CO 2 kpa 13 13 Faible P entre le sang veineux mêlé et l air alvéolaire mais diffusibilité importante kpa PO 2 sanguine 5 5 6 6 P = 1 PCO 2 sanguine 5 5 Equilibre atteint rapidement (0,3-0,4s) PCO 2 =6 alvéole PCO 2 =5 PCO 2 =5 artère capillaire veine temps de transit
Echanges gazeux alvéolo-capillaires Généralités Diffusion alvéolo-capillaire Principes physiques Diffusion de l O 2 et du CO 2 Efficacité des échanges gazeux alvéolocapillaires Facteurs déterminants l efficacité des échanges gazeux Poumon idéal vs poumon réel Rapports ventilation/perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Les échanges gazeux alvéolo-capillaires dépendent de: Ventilation alvéolaire Diffusion alvéolo-capillaire Perfusion pulmonaire Rapport ventilation/perfusion
Diffusion Efficacité des échanges alvéolocapillaires Gradient de pression entre sang veineux mêlé et alvéoles Surface et épaisseur de la membrane A-cap surface - anatomique = 80-100 m 2 - fonctionnelle = alvéoles normaux + capillaires normaux épaisseur - anatomique = 0,5 m - fonctionnelle = toutes les étapes de la diffusion
Anomalie possible de la diffusion si modification de: surface épaisseur temps de contact Efficacité des échanges alvéolocapillaires Constante de diffusion e d(t) Gaz x S P1 P2
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Modification de la taille de la surface d échange Amputation circulatoire Amputation globale Amputation ventilatoire
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Modification de l épaisseur de la membrane Accumulation de fibres collagène ou le liquide dans l interstitium Accumulation de liquide dans les alvéoles PN I Fibres collagène ALV Hématie Hématie Plasma Cellule endothéliale Interstitium Poumon normal Fibrose pulmonaire D après référence 6
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Poumon idéal PaO 2 = PAO 2 ; PaCO 2 = PACO 2 Poumon réel normal PaO 2 < PAO 2 ; PaCO 2 = PACO 2 O 2 P a O 2 = 14 kpa P a CO = 5,3 kpa 2 Sang artériel P A O 2 = 14 kpa P A CO = 5,3 kpa 2 CO 2 P v O 2 = 5 kpa P v CO = 6 kpa 2 Sang veineux mêlé
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Poumon réel normal PAO 2 = 14 kpa, PaO 2 = 13 kpa PA CO 2 = 5 kpa, PaCO 2 = 5 kpa Gradient alvéolo-artériel normal en O 2 de 1 kpa; pas de gradient alvéolo-artériel en CO 2 de 1 kpa Origine du gradient alvéolo-capillaire normal en O 2 Shunt (court-circuit) sanguin anatomique Inégalités du rapport ventilation/perfusion
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Aorte artères bronchiques capillaires bronchiques veines bronchiques veines azygos veine cave supérieure veines pulmonaires D après référence 5
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Shunt sanguin anatomique Artère pulmonaire PvO2 = 5 kpa Veines bronchiques Veines coronaires Espace alvéolaire PAO2 = 14 kpa PcO2 = 14 kpa Capillaire pulmonaire PvO2 = 5 kpa = 0,7 kpa PaO2 = 13,3 kpa Veine pulmonaire
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Inégalités du rapport ventilation/perfusion Ventilation Alvéoles distendus, moins compliants Ventilation moindre Perfusion P vasculaires plus basses Moins de recrutement/distension Résistances plus élevées Perfusion moindre Alvéoles non distendus, compliants Ventilation plus élevée P vasculaires plus hautes Plus de recrutement/distension Résistances moins élevées Perfusion plus élevée D après référence 5
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Distribution régionale de la ventilation alvéolaire en position debout Valeur réelle Valeur prédite Hauteur du poumon. V A < valeur prédite. V A > valeur prédite Ventilation alvéolaire (% valeur prédite) D après référence 3
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Distribution régionale de la perfusion en position debout Valeur réelle Valeur prédite Hauteur du poumon. Q < valeur prédite. Q > valeur prédite Perfusion pulmonaire (% valeur prédite) D après référence 3
Rapports ventilation/perfusion Rapport V A /Q Aux sommets ventilation > perfusion rapport V A /Q élevé Aux bases ventilation < perfusion rapport V A /Q bas Partie médiane ventilation = perfusion rapport V A /Q idéal (= 1) Distribution régionale du rapport V A /Q D après référence 6
Efficacité des échanges alvéolocapillaires Les pressions sont exprimées en kpa
Conclusions Echanges gazeux alvéolo-capillaires Fonction essentielle de l appareil respiratoire Déterminent la quantité d O 2 qui sera disponible pour les échanges gazeux tissulaire, donc pour la respiration cellulaire Etude de la diffusion gazeuse alvéolo-capillaire possible en routine Les échanges se font diffusion selon les mêmes principes au niveau des tissus
Références iconographiques LIVRES n référence titre de l'ouvrage auteur éditeur année 1 Manuel d'anatomie et de physiologie SH N'Guyen Lamarre 1999 2 Atlas d'anatomie humaine FH Netter Maloine 1997 3 L'essentiel en physiologie respiratoire Ch Préfaut Sauramps Médical 1986 4 Précis de physiolgie médicale AC Guyton Piccin 1991 5 Pulmonary physiology MG Lewitsky McGrawHill 2003 6 Pulmonary physiology and pathophysiology JB West Lippincott Williams & Wilkins 2001 7 Physiologie de la respiration JH Comroe Masson 1978 8 Physiologie humaine DU Silverthorn Pearson Education France 2007 SITES WEB n référence url dernière visite web1 http://depts.washington.edu/envh/lung.html 10 2010 web2 http://www.meddean.luc.edu/lumen/meded/histo/frames/h_fram15.html 102010 web3 https://casweb.ou.edu/pbell/histology/outline/lung.html 10 2010 web4 http://w3.ouhsc.edu/histology/ 10 2010
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