LA RESPIRATION CHEZ LES ANIMAUX Partie 2
TRANSPORT DES GAZ RESPIRATOIRES
Rappel : loi de Henry Solubilité des gaz dépend de la loi de Henry Cx = ax x Px coefficient de solubilité ax = f(gaz, T C, S%, milieu) Si P en mmhg Cx = ax x Py/760 PO2=0.21 atm PO2=0.21 atm
O2 faiblement soluble dans liquide D après loi de Henry : 3,24 ml O2/L de sang besoin de 250 ml O2/min Nécessité d un apport de 77 L de sang/min au repos!! Autre solution : transporteur = Hb
Seul la fraction dissoute du gaz Participe à la pression partielle Joue un rôle dans les mouvements selon gradient de P
Les pigments respiratoires
Pigments respiratoires
Transport du dioxygène Dissolution de l O2 dans les liquides est faible : 1.5 % dans le sang 98.5 % fixé à une protéine de transport : hém 100 ml de sang transporte 20 ml O2 0.3 ml dissous 19.7 ml fixé à Hb oglobine
Structure de l Hb
Hémoglobine
Fixation Hb-O2 O2 + HHb <=> HbO2 HbO2 : oxyhb HHb : désoxyhb Réaction réversible La quantité d O2 qui se fixe sur Hb dépend de la PO2 Courbe sigmoïde => effet allostérique (voir cours enzymo)
Capacité oxyphorique de Hb : 1,31 ml/g Hb [Hb] = 150g/L Quantité d O2 transportable par Hb : 1,31 x 150 = 200 ml/l sang Transport total : (200 ml/l + 3mL/L) x 5L/min = 1016 ml O2/min Besoin de 250 ml/min => sang veineux contient encore les ¾ de l oxygène (saturé à 75%)
Myoglobine vs Hb Haute affinité pour l O2 : P50 < 5mmHg Favorise le transfert de l O2 de l oxyhb vers la Mb Constitution d un stock intermédiaire d O2 disponible pour le muscle Neuroglobine (Ngb) : P50 entre 1,9 et 2,3 mmhg, spécifique des tissus nerveux, facilite le passage de l O2 au travers la barrière hématoencéphalique
Fixation O2-Hb f (P O2 ) Saturation : % des sites de fixation de l O2 occupés PO2 veineux : 40 mmhg => saturation de 75% PO2 artérielle : 104 mmhg => saturation de 100%
Régulation de la fixation de l O2 De nombreux autres facteurs influencent la fixation du O2 : ph P CO2 Température BPG On mesure P50 pour mesurer effet de ces facteurs : PO2 nécessaire pour 50 % de saturation P50=26-28 mmhg
Hausse de l affinité Courbe déplacée vers la gauche Baisse P50 PO2 plus faible nécessaire pour saturer à 50% Hb Hausse de l affinité de Hb pour O2
Baisse de l affinité Courbe déplacée vers la droite Hausse P50 P O2 plus important nécessaire pour saturer à 50% Hb Baisse de l affinité de Hb pour O 2 Hausse de la dissociation
Fixation O2 Fixation d O2 Libération d O2 Courbe déplacée vers la gauche A PO2 égale, plus d O2 fixé (moins d O2 libéré) Courbe déplacée vers la droite A PO2 égale, moins d O2 fixé (O2 libéré)
Effet du ph ph plus acide dans les tissus que dans les poumons (production lactate et effet lié libération CO2) Déplacement courbe vers droite Libération facilitée d O2 au niveau des tissus acide donc actif Nommé effet Bohr
Effet de la PCO2 Effet du CO2 à ph constant : Baisse affinité de Hb pour l O2 Liée à la fixation du CO2 sur les amines terminales des globines
Effet de la température Hausse T C tissus actifs (muscles) => décalage droite : libération O2
Effet du BPG BPG ou (DBG) : 1,3 bisphosphoglycerate Présente GR Réduit affinité (courbe vers droite) Produit pas glycolyse dans GR
Effet combiné CO2 et BPG diminue affinité pour Hb Additivité des effets : suggère que ces effets sont indépendant Hb + CO2 et BPG ressemble a courbe sang entier : ces 2 substances normalement présente dans l environnement de l Hb
Oxymétrie de pouls
Transport du CO 2 CO 2 dissous Fixation Hb Transport sous forme d ions bicarbonates
Formation d ions bicarbonates H2O + CO2 <=> H2CO3 Réaction réversible qui dépend d une enzyme : anhydrase carbonique (dans GR ici) Formation d acide carbonique H2CO3 <=> H + + HCO3- Dissociation du carbonate qui libère des protons (role du CO2 dans modification ph) Transport CO2 dans le sang sous forme dissous ions HCO3- (compensé par entrée de Cl- : phénomère de Hamburger)
Transport par Hb CO2 se fixe sur Hb et forme carbaminohb (fixation sur NH2 terminal des globines) Libération O2 tissulaire favorise fixation CO2 (effet Haldane) (CO2 meilleur affinité avec desoxyhb)
Effet haldane : fixation CO2 + facile sur Hb que sur HbO2 Décharge O2 favorise fixation CO2 et vice versa
QUELQUES ASPECTS PHYSIOPATHOLGIQUES
Volumes respiratoires Volume courant (VC) : 500 ml Volume réserve inspiratoire (VRI) : 3100 ml Volume de réserve expiratoire (VRE) : 1200 ml Volume résiduel (VR) : 1200 ml
Capacités respiratoires Capacité inspiratoire (CI) : VC + VRI = 3600 ml Capacité résiduelle fonctionnelle (CRE) : VRE + VR = 2400 ml Capacité vitale (CV) : VRE + VRI + VC = 4800 ml Capacité pulmonaire totale (CPT) : VC + VRI + VRE + VR = 6000 ml
Ventilation alvéolaire Fraction de l air inspiré qui participe réellement aux échanges gazeux Liés à l existence de volume mort : conduits aériens VA = FR x (VC volume espace mort)
Augmentation du VR permet une meilleur ventilation alvéolaire que augmentation de la FR
Emphysème pulmonaire Destruction des murs alvéolaires Réduction de la surface alvéolaire (loi de Fick) Perte de l élasticité => problème expiration Part génétique (carence en a-antitrysine) mais rôle important du tabagisme Expiration forcée : fatigue importante, hypoxie
BPCO Agents irritants : accumulation de mucus Infection fréquente Bronchite chronique Tabac, pollution atm Bronchite chronique + emphysème = BPCO
Asthme Réponse excessive des voies respiratoires à un agent : pollens, etc Traitement bronchodilateur (immédiat) + corticoides
tuberculose Maladie infectieuse (Mycobactérium) 1/3 population mondiale porteur mais infection confiné par SI dans des nodules (foyers tuberculeux) Souvent immunodepression peut déclencher l infection Fièvre, perte de poids, toux sévère,
Mucoviscidose Maladie génétique Mutation du CTR, canal à chlorure Problème de transport ions chlorures provoque au niveau pulmonaire un mucus épais Infection, difficulté respiratoire Espérance de vie : 36 ans
QUELQUES ADAPTATIONS AU MILIEU DE VIE / BESOINS
Milieu de vie Modification du milieu (anoxie, altitude) => adaptation à court terme, adaptation physiologique, comportementale, Occupation de différents milieux => adaptation à long terme (par ex. sélection naturelle) Changement de milieux => métamorphose, parturition, migration, Vie à l interface de 2 milieux (amphibiens, poissons à respiration aérienne, ) Besoins selon taille selon activité
MILIEU TERRESTRE
Adaptation aux besoins Mammifère de petite taille ont métabolisme plus rapide que mammifère de grande taille Effet surface/volume et maintient température??
Adaptation aux besoins Besoins métaboliques plus important pour mammifères petites tailles Courbe + à droite => favorise dissocciation HbO2 tissulaire Idem = effet Bohr + important
Surface alvéolaire d une musaraigne (A) et d un homme (B) A volume équivalent, surface bcp + importante chez la musaraigne avec métabolisme plus important (alvéole + petite)
Respiration mixte chez les araignées
Effet de l altitude
Adaptation à long terme Plus forte affinité pour l O2 pour les espèces d altitude Cette différence est d origine génétique Lama : 6000 m d altitude : PO2 est de 84 mmhg avec dilution dans poumon etc, PO2 alvéolaire est environ de 55 mmhg => saturation de 95 % (contre 80% pour mammifère std)
Effet altitude chez oiseaux migrateurs plaine IPP => même role que BPG
Adaptation à l altitude Altitude entraine baisse PO2 : hypoxie Hausse DPG Baisse affinité?? Meilleur libération d O2 dans les tissus
Relation [BPG] et P50 Affinité baisse lorsque [BPG] augmente
Altitude et hématocrite Hypoxie => production EPO EPO => synthèse GR Augmentation capacité oxyphorique du sang et du taux d hématocrite
MILIEU AQUATIQUE
Adaptation surface branchiale
Adaptation milieu à long terme Plus milieu anoxique et plus affinité de Hb pour O2 est forte
Adaptation écologique
Impact de l Homme Ex : pollutions nitrates en bretagne eutrophisation Baisse O2
Mammifères marins Stockage O2 faible chez Homme Adaptation chez phoque => Plus de sang Plus de myoglobine
Reflexe de plongée chez le phoque de Weddel = changement important de la distribution des flux sanguins Diinution brutale de la FC (bradychardie)
Dette en O2 chez le phoque durant la plongée Remontée de plongée = paiement de la dette : hausse ventilation
CHANGEMENT MILIEU
Hb fœtale et maternelle Hb fœtale présente affinité plus forte que Hb maternelle Permet passage O2 du sang maternelle vers sang fœtale dans le placenta
Métamorphose amphibiens Tétard = milieu moins riche en O2 et ph + changeant Grenouille = milieu plus riche en O2, effet Bohr + marqué
Métamorphose et changement appareil respiratoire
Poissons respiration aérienne Repiration bimodale => affinité + faible de l Hb pour O2 Plus d O2 disponible dans l air, faible affinité favorise libération O2 dans tissus
Milieu hypoxique Milieu avec PO2 très faible Baisse P50 Augmentation taux Hb Modification expression gène