Physiologie Respiratoire

L 1- S2 Physiologie Respiratoire Aurélien Pichon Adapté de C. Caillaud 1

Pourquoi certains athlètes développent-ils un asthme d exercice? Pourquoi certains chevaux de course font-ils des hémorragies pulmonaires? Pourquoi la respiration est-elle automatique et sans «effort»? Pourquoi l EPO améliore-t-elle la performance? 2

PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE Super site canadien : http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/bcb/bcb_cours.htm Logiciel : http://artic.ac-besancon.fr/svt/tice/pulmo/index.htm Vidéo : - http://www.santepratique.fr/fonctionnement-poumons.php - http://www.youtube.com/watch?v=4ofddhc1rdu 3

PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE Pour amener l O 2 depuis le milieu extérieur jusqu à la cellule qui en a besoin, on trouve les étapes suivantes : Système respiratoire 1. La ventilation pulmonaire. 2. La diffusion alvéolo-capillaire. Hémoglobine et système cardiovasculaire 3. Transport du CO2 et de l'o2. 4. La respiration cellulaire. 4

PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE 1 1 - Convection Ventilatoire 2 2 - Diffusion alvéolo-capillaire 3 3 - Convection circulatoire 4 4 Diffusion capillaro-tissulaire Métabolisme tissulaire

1. Anatomie fonctionnelle du système respiratoire 1.1 Le poumon Situation : dans la cage thoracique. Extrémité supérieure du poumon = apex. Extrémité inférieure = base stroma. Tissu conjonctif élastique. Les poumons sont suspendus dans leur cavité pleurale. 6

Poumon droit Poumon gauche Plèvre Diaphragme 7

1.2 La plèvre La plèvre : séreuse[1] qui a deux feuillets feuillet pariétal feuillet viscéral. Entre les deux feuillets : cavité pleurale liquide pleural [1] Séreuse : membranes sur les cavités antérieures fermées du corps. Deux feuillets : pariétal + viscéral Sécrète un liquide (sérosité) lubrifiant (permet le glissement l'un sur l'autre en éliminant au maximum les frictions) 8

Altérations de la plèvre : Inflammation : pleurésie glissement des deux feuillets difficile Pneumothorax : décollement des deux feuillets Poumon se «dégonfle» 9

1.2 La plèvre 10

Pneumothorax : décollement des deux feuillets Poumon se «dégonfle» 11

Pneumothorax : décollement des deux feuillets Poumon se «dégonfle» 12

1.3 Relation structure-fonction de l arbre bronchique - la zone de conduction : espace mort anatomique. (150 ml) Anatomie : le nez, le larynx, le pharynx la trachée, les bronches (1ère à 14ème génération). 13

Cavité nasale Cavité buccale Larynx Bronche primaire droite Poumon droit Pharynx Trachée Carina 14

Fonction de la zone de conduction: 1-Fournit un passage pour l'air; 2-humidifie et réchauffe l'air; 3-filtre l'air et le débarrasse des corps étrangers Trajet de l air poumon 15

Au niveau du nez : - glandes muqueuses[1] (qui sécrètent du mucus) - glandes séreuses (lysozyme). - muqueuse très vascularisée : réchauffement de l'air. [1] Muqueuse : Membrane tapissant les cavités du corps qui s'ouvrent à l'extérieur. 16

Alvéole Muqueuse bronchique Mucus Artère pulmonaire Capillaire Alvéole 17

Larynx, pharynx et trachée : - L'épithélium cilié : piège les particules L Arbre bronchique supérieur (générations 0-15) reçoit un air : réchauffé, débarrassé de la plupart des impuretés saturé en vapeur d'eau (vascularisation). 18

Importance du conditionnement de l air chez l athlète endurant : Exercice intense : énorme quantité d air à conditionner Dessiccation des voies aériennes Inflammation : muqueuse gonflée, bronches irritées Toux Asthme d exercice 19

Bronche normale Bronche inflammée Bronchoconstriction 20

Débits Bronche normale Bronche inflammée Bronchoconstriction 21

Changements de structure de la zone de conduction : Progressivement les anneaux cartilagineux disparaissent. Epithélium s'amincit. La proportion de muscle lisse dans la paroi augmente. Zone respiratoire (échanges gazeux) 22

23

- la zone respiratoire : bronchioles avec des alvéoles. au niveau des alvéoles : échanges gazeux barrière alvéolo-capillaire Épithélium alvéolaire Endothélium capillaire Interstitium Epithélium alvéolaire : pneumocytes de type I pneumocytes de type II : surfactant 24

Le système pulmonaire

Alvéoles Bronchioles respiratoires Bronchiole terminale 300 millions d alvéoles Surface alvéolaire : plusieurs m 2 Sacs alvéolaires 26

Structure de la barrière (ou membrane) alvéolo-capillaire capillaires alvéole 27

Structure de la barrière (ou membrane) alvéolo-capillaire Muscle lisse bronchique Alvéole Capillaires 28

Structure de la barrière (ou membrane) alvéolo-capillaire capillaires alvéole 29

Membrane alvéolo-capillaire vue en coupe hématie Endothélium capillaire Épithélium alvéolaire alvéole 30

Membrane alvéolo-capillaire vue en coupe Globule rouge alvéoles capillaires 31

1.4 La vascularisation des poumons bien comprendre les deux circulations : systémique et pulmonaire. Petite circulation 1.4.1 Circulation pulmonaire : Amène le sang chargé en CO 2 au niveau des poumons par l'artère pulmonaire. Dans le poumon elle forme le réseau des capillaires pulmonaires qui entourent les alvéoles. 32

PHYSIOLOGIE DE L'APPAREIL RESPIRATOIRE 1 1 - Convection Ventilatoire 2 2 - Diffusion alvéolo-capillaire 3 3 - Convection circulatoire 4 4 Diffusion capillaro-tissulaire Métabolisme tissulaire

Le sang fraîchement oxygéné repart par les veines pulmonaires. l'artère pulmonaire contient du sang non hématosé (pauvre en O 2 et chargé de CO 2 ) la veine pulmonaire contient du sang hématosé. (riche en O 2, pauvre en CO 2 ) 34

35

Artère pulmonaire CO 2 O 2 Veine pulmonaire Circulation pulmonaire Cœur droit Cœur gauche Circulation systémique muscle 36

1.4.2 Circulation bronchique La grande circulation Circulation bronchique Le sang part du cœur gauche, arrive aux poumons par l'artère bronchique (sang oxygéné) et revient au cœur par les veines bronchiques (sang qui a perdu une bonne partie de son O 2 ). 37

1.4.2 Circulation bronchique Pilmonary Physiology, Lewitsky MG, McGrawHill, 2003. 38

1.4.2 Circulation bronchique Artère bronchique Veines bronchiques Artère pulmonaire Veines pulmonaires 39

4. Mécanique de la ventilation Ventilation pulmonaire : inspiration et expiration Processus entièrement mécanique : variations de volume variations de pression écoulement des gaz. loi de Boyle-Mariotte P1.V1 = P2.V2 40

4.1 Pression dans la cavité thoracique les pressions inspiratoires sont toujours exprimées par rapport à la pression atmosphérique. Exemple : pression de - 4 mmhg inférieure de 4 mmhg à la pression atmosphérique 760-4 = 756 mmhg Une pression respiratoire de 0 est égale à la pression atmosphérique. 41

La pression intra-alvéolaire : s'équilibre toujours avec la pression atmosphérique. La pression intra-pleurale : - 4 mmhg Pression négative : poumon est tiré, maintenu dilaté. Accroché à la cage thoracique Mouvement cage thoracique : mouvement de l air 42

La pression intra-pleurale : - 4 / -3 mmhg 43

Si la pression pleurale était positive Poumon force sur la cage thoracique Cycle respiratoire impossible 44

4.2 Les muscles respiratoires Diaphragme Intercostaux (Abdominaux) le plus important est le diaphragme : - capacité oxydative très importante. 75% de fibres résistantes à la fatigue. - vascularisation très importante. 45

4.3 Les variations de pression pendant la respiration Amplitude de la respiration Pression intrapulmonaire Pression intrapleurale 46

4.4 Inspiration Inspiration : processus actif contraction des muscles respiratoires - le diaphragme se contracte,il s'abaisse - la hauteur de la cage thoracique augmente -les muscles intercostaux se contractent : élève la cage thoracique et pousse le sternum en avant augmente le diamètre de la cage thoracique 47 le volume de la cage thoracique augmente

4.4 Inspiration Au repos le diaphragme est relâché Contraction du diaphragme : volume thoracique augmente 48

l augmentation du volume de la cage thoracique Pression loi pression/volume : la pression alvéolaire diminue l'air pénètre dans les poumons. 49

Force motrice : Muscles respiratoires Forces résistantes : Résistance des voies aériennes à l écoulement de l air Élasticité du système Inertie du système 50

51

52

4.5 Expiration L'expiration est un processus passif : relâchement des muscles respiratoires Relâchement des muscles respiratoire: le système respiratoire revient sur lui-même volume de la cage thoracique diminue la pression augmente l'air sort des poumons 53

Force motrice : Élasticité du système poumon-thorax Forces résistantes : Résistance des voies aériennes à l écoulement de l air Inertie du système 54

4.5 Expiration Relaxation du diaphragme : volume thoracique diminue 55

4.6 Les volumes et débits respiratoires 4.6.1 Volumes et capacité Méthode de mesure : spirométrie 56

La courbe obtenue : temps/volume (millilitres) 6000 5000 4000 3000 Volume de réserve inspiratoire 3100 ml Volume courant 500 ml Capacité Vitale 4800 ml Capacité Inspiratoire 3600 ml 2000 1000 Volume de réserve expiratoire 1200 ml Volume résiduel 1200 ml Capacité résiduelle Fonctionnelle 2400 ml 57

Volume courant (V C, V T ) Capacité vitale (CV) Volume de réserve inspiratoire (VRI) Volume de réserve expiratoire (VRE) Volume résiduel (VR) 500 ml 4800 ml 3100 ml 1200 ml 1200 ml Quantité d'air inspirée ou expirée à chaque respiration au repos Quantité maximale d'air qui peut être expirée après un effort inspiratoire maximal Quantité d'air qui peut être inspirée avec un effort après une inspiration courante Quantité d'air qui peut être expirée avec un effort après une expiration courante Quantité d'air qui reste dans les poumons après une expiration forcée 58

Capacité inspiratoire (CI) Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) Capacité pulmonaire totale (CPT) 3600 ml 2400 ml 6000 ml Quantité maximale d'air qui peut être inspirée après une expiration normale CI = Vc + VRI Volume d'air qui reste dans les poumons après une expiration courante : CRF = VR + VRE Quantité maximale d'air contenue dans les poumons après une inspiration maximale : CPT = VC + VRI + VRE + VR 59

4.6.2 Les débits repos La ventilation VE (l/min) = VC (l) x FR (min -1 ) temps exercice Vc et FR Homme adulte repos: VE = 0,5 x 12 = 6 l.min -1 Homme adulte exercice: VE = 1,5 x 30 = 45 l.min -1 VEmax = 140 l.min -1 60

VEMS : volume maximal expiré pendant la première seconde d une expiration forcée Début de l expiration Début de l expiration 1 sec 1 sec VEMS = 1,53 l (45% de CV) VEMS =4,03 l (84% de CV) Normal Obstruction (asthme) 61

5. Les échanges gazeux 5.1 Propriétés des gaz 1ère lettre P : pression V : volume V : débits F : fraction 2ème lettre : indique le lieu A : alvéole a : sang artériel v : sang veineux I : air inspiré PAO 2 : pression partielle de l oxygène dans l air alvéolaire 62

5.1 Propriétés des gaz http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/bcb/bcb_cours.htm PACO 2 PIO 2 PAO 2 PvO 2 / PvCO 2 PaO 2 / PaCO 2 PvO 2 / PvCO 2 Pv m O 2 / Pv m CO 2 Pc m O 2 / Pc m CO 2 PTO 2 / PTCO 2 MUSCLES 63

Loi de Dalton 1) La pression totale exercée par un mélange de gaz = somme des pressions exercées par chacun des constituants. P atmos. = P Atm O 2 + P Atm CO 2 + P Atm N + P Atm H 2 O 2) La pression partielle de chaque gaz, est directement proportionnelle à la fraction du gaz dans le mélange. 64

Exemple : -au niveau de la mer : Patmos = 760 mmhg. FairO 2 = 20,9 % = 0,209 PairO 2 = FairO 2 x Patmos PairO 2 = 0,209 x 760 = 159 mmhg -en altitude, 8600 m : Patmos = 245 mmhg PairO 2 = 245 x 0,209 = 51,3 mmhg 65

Loi de Henry Passage d'un gaz entre deux compartiments : du milieu où le gaz a la plus forte pression partielle vers le compartiment où il a la plus faible pression partielle. Les échanges gazeux entre le milieu alvéolaire et le milieu sanguin se font en fonction des pressions partielles des différents gaz présents. 66

5.2 Composition des gaz dans les voies aériennes supérieures Dans les voies aériennes, l air inspiré est saturé en vapeur d'eau : PIO 2 = FIO 2 x (P atm - PH 2 O) PH 2 O estimé à 42 mmhg PIO 2 = 0,209 x (760-42) = 150 mmhg PIO 2 : pression partielle de l oxygène dans l air inspiré 67

5.3 Composition des gaz alvéolaires PAO 2 < PIO 2 ------ pourquoi? A cause de l air qui reste piégé dans la zone de conduction (Volume = 150 ml chez l adulte) du poumon à la fin d une expiration.. PAO 2 = 104 mmhg PACO 2 = 40 mmhg 68

Importance de la ventilation alvéolaire façon dont les alvéoles sont ventilées. VE = Vc x fr VE 1 = 0,6 x 10 = 6 l/min VE 2 = 0,2 x 30 = 6 l/min VA = VE - (V D x fr) V D : volume de l'espace mort = 0,15 ml VA 1 = 6 - (0,15 x 10) = 4,5 l/min VA 2 = 6 -(0,15 x 30) = 1,5 l/min Exemple : natation VE est la même, mais pas la VA 69

5.4 La diffusion alvéolo-capillaire

5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Elle dépend : O 2 - de la surface de diffusion - de l'épaisseur de la membrane de diffusion - constante de diffusion (D)

5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Constante de diffusion (D) dépend : propriété du tissu gaz considéré Constante de diffusion proportionnelle à la solubilité du gaz (Sol) et inversement proportionnelle au poids moléculaire (PM) : D = Sol / (PM) 1/2 CO 2 diffuse 20 fois plus vite que l O 2! 72

5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Déterminé par l équation de Fick : V= D x dp x S/e D = coefficient de diffusion S = surface de l aire de diffusion dp = gradient de pression e = Epaisseur de la membrane Pour l oxygène : VO 2 = DO 2 x (PAO 2 - PvO 2 ) x S/e 73

5.4 La diffusion alvéolo-capillaire Elle dépend : O - de la surface de diffusion; 2 - de l'épaisseur de la membrane de diffusion 5.4.1 La surface de diffusion PvO 2 = 40 mmhg le rapport ventilation/perfusion VA/Q. PAO2 = 104 mmhg Idéal : VA Q PaO 2 =? mmhg VA = Q 74

Apport d O2 en fonction du VA/Q 75

VA Q VA Q En réalité la distribution de VA et Q est hétérogène Échanges gazeux non optimaux dans certaines zones PaO 2 < PAO 2 76

Le rapport ventilation perfusion Rapports VA/Q et échanges gazeux : relation PCO 2 et PO 2. 77

Le rapport ventilation perfusion Ventilation / Perfusion Scans A. Très faible probabilité d embolisme pulmonaire 78 B. Forte probabilité d embolisme pulmonaire

Rapports VA/Q et échanges gazeux : relation PCO 2 et PO 2. Relation PCO 2 et PO 2 en fonction des régions pulmonaires 79

En moyenne : 23 ml d'o 2 traversent pour chaque différence de 1 mmhg du gradient de pression alvéolocapillaire. D(A-v)O 2 = 104-40 = 64mmHg 64 x 23 = 1472 ml d O 2 PaO 2 = 98 mmhg 80

La différence de pression entre l'alvéole et le sang artériel est exprimée par : P(A-a)O 2 = 104-98 = 6 mmhg chez sujet sain jeune au repos En ce qui concerne le CO 2 : PaCO 2 = PACO 2 = 40 mmhg. 81

3.4.2 L'épaisseur de la membrane Deux contraintes : - Très fine: 0,5 à 1 micron d'épaisseur Gaz passent par diffusion O 2 -Très résistante en particulier à l exercice : tension d étirement 82

3.4.2 L'épaisseur de la membrane 83

Un cas d'augmentation de l'épaisseur de la membrane : l'œdème pulmonaire. 1- Capillaire étiré : jonctions entre cellules deviennent perméables fuite d eau (plasma) hors du capillaire l interstitium 2- Capillaire casse : lésions du sang qui sort des capillaires l interstitium 84

3- Paroi alvélolaire casse : barrière alvéolo-capillaire détruite du sang qui sort des capillaires interstitium + alvéole : danger Cela ralentit considérablement le passage de l'o 2 : PaO 2 Exemple d œdème : altitude, exercice très intense, pathologies cardiaques 85

Alvéole Fuite plasma + sang dans l interstitium Capillaire pulmonaire Fuite plasma + sang dans les alvéoles 86

PaO2 (mmhg) PaO2 (mmhg) PaO 2 et P(A-a)O 2 : indicateurs de l efficacité des échanges gazeux Stable à l exercice chez les sujets sains 110 100 90 80 70 humains Ath-J Sed-A 60 repos 90 150 210 270 330 R6 Exercice (W) 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 récupération chevaux R 5 6 7 8 9 87 vitesse du tapis, m.sec-1 (10% slope)

Rupture circulaire de la couche épithéliale Costello et al. 1992 Rupture complète de la barrière alvéolo-capillaire 88

4. Le contrôle de la ventilation

4. Le contrôle de la ventilation 4.1 La rythmicité Système nerveux central : bulbe rachidien Bulbe rachidien et tronc cérébral Activité pacemacker ou d interaction réciproque, génèrent le rythme au niveau du complexe Pré- Bötzinger et du groupe respiratoire parafacial Interactions synaptiques multiples impliquant de nombreux neurotransmetteurs

L inspiration Neurones inspiratoires Activité pacemacker ou d interaction réciproque, génèrent le rythme au niveau du complexe Pré- Bötzinger et du groupe respiratoire parafacial Activation :Influx passent par nerfs phrénique et intercostaux : INSPIRATION Inhibition : relâchement des muscles, EXPIRATION Rythme = ~14 inspirations / min; Temps inspiratoire : 2 sec Temps expiratoire : 3 sec Eupnée 91

L organisation des centres de régulation Nicolas Voituron (Thèse) 92

L organisation des centres de régulation 2006 93

L organisation des centres de régulation Aire Bötzinger - BötzC (inter-neurones expiratoires inhibiteurs) Groupe respiratoire rostral et ventral cvrg er rvrg (neurones prémoteurs inspiratoires et expiratoires) Groupe noyaux retrotrapezoïdes/g roupe respiratoire parafascial RTN/pFRG (interneurones qui génère le rythme expiratoire) Aire pré-bötzinger - prebötzc (inter-neurones générateurs du rythme) 94

L inspiration Activation :Influx passent par nerfs phrénique et intercostaux : INSPIRATION Inhibition : relâchement des muscles, EXPIRATION Volume pulmonaire Débits Activité des nerfs phréniques Activité des neurones inspiratoires 95

L expiration Neurones expiratoires Situation médullaire Surtout excité lors d expirations forcées Au repos expiration passive liée seulement à l interruption de l inspiration et au retour mécanique et élastique de la cage thoracique et des poumons 96

4.2 modulation par les influences chimiques et nerveuses Afférences nerveuse d origine musculaire ou articulaire Chémorécepteurs périphériques ( O 2, CO 2, ph) Récepteurs sensibles à l étirement du poumon Chémorécepteurs centraux ( CO 2, ph) 97

Chémorécepteurs périphériques Corpuscules carotidiens Cerveau Fibres nerveuses sensitives du nerf crânial IX (branche pharyngé du glossopharyngien) Artère carotide externe Artère carotide interne Corpuscules carotidiens Corpuscules aortiques Artère carotide commune Nerfs vague (X) Chémorécepteurs périphériques situés à la bifurcation des artères carotides communes et au niveau de la crosse de l artère aorte. Fibres nerveuses sensitives du nerf X Corpuscules aortiques Aorte Coeur 98

Les chémorécepteurs périphériques Ces structures sont avant tout sensibles à l'hypoxémie bien que les chémorécepteurs carotidiens soient stimulés synergiquement par une diminution de la PaO 2 et par l'hypercapnie. 99

Régulation de la ventilation à l exercice 100

Régulation de la ventilation à l exercice FC (bpm) et VE (L/min) 0 0 0 0 8 8 8 8 8 8 8 10 10 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 VO2 (L/min) 160 140 120 FC VE VO2lisse 3 2,5 100 2 80 1,5 60 40 V 1 20 0 EXERCICE 0,5 0 Vitesse (km/h) 101

Régulation de la ventilation à l exercice 102

Troubles de l homéostasie Anxiété hyperventilation PaCO 2 Vasoconstriction cérébrale Ischémie cérébrale Malaise Hyperventilation volontaire Nageur, apnéistes Très déconseillé hyperventilation : PaCO > 2 PaO 2 Apnée : PaCO 2 remonte lentement et déclenche trop tard la respiration PaO 2 peut trop bas syncope 103

Autres récepteurs Douleur, émotions (hypothalamus) Centres supérieurs Contrôle volontaire Centres respiratoires Chémorécepteur périphériques + Chémorécepteurs centraux CO 2, ph Récepteurs musculaires et articulaires + Récepteurs à l étirement - Récepteurs à l irritation 104

5. Le transport des gaz respiratoires dans le sang 5.1 Le transport de l'oxygène L'oxygène est transporté sous deux formes : liée à l'hémoglobine dans les globules rouges : 98% de l O 2 dissoute dans le plasma seulement 1,5 % = 0.3 ml pour 100 ml de sang Ce gaz dissous exerce une pression partielle de 104 mmhg. 105

5.1.1 Association et dissociation entre l'o 2 et l'hémoglobine L'hémoglobine se trouve dans les globules rouges. β 2 β 1 O 2 α 2 α 1 56 106

L'Hémoglobine : composée de 4 chaînes polypeptidique des groupements hème : contenant un atome de fer. L'O 2 se lie aux atomes de fer l'hb peut donc transporter 4 molécules d'o 2. 107

Réaction par laquelle O 2 se fixe sur Hb Hb + O 2 <------> HbO 2 + H+ SaO 2 : quantité d Hb saturée en O 2 (porte 4 molécules d O 2 ) / quantité totale d Hb Cas 1 : Hb saturée : 15 Hb désaturée : 5 SaO 2 = (15/15+5)x100 = 75% Cas 2 : Hb saturée : 20 Hb désaturée : 0 SaO 2 = (20/20+0)x100 = 100% 108

ph PCO 2 ; T C Capillaires musculaires ph T C SO 2 Normal PCO 2 = 40 mmhg ph = 7,4 HbO 2 O 2 + HHb PCO 2 ; T C ph Dans les cellules musculaires (Énergie) PO 2 L'Hb est une protéine allostérique 109

La concentration en Hb : 15 g /100 ml de sang chez l'homme 13 g / 100 ml de sang chez la femme Pouvoir oxyphorique de l'hb : vol. max. que peut fixer 1 g d'hb : p.ox = 1,39 ml d'o 2 110

Quantité maximale d'o 2 que peut fixer l'hb contenue dans 100 ml de sang : QmaxHb = [Hb] x p.ox = 15 x 1,39 = 20,8 ml d'o 2 /100ml sang O 2 total transporté : 20,8 + 0,3 = 21,1 ml d'o 2 /100ml sang 111

5.2 Le transport du gaz carbonique Le CO 2 est présent : 1) dissous dans le plasma : 7 à 10 % du CO 2 2) complexé avec l'hb : 20 à 30 % du CO 2 3) ss forme d'ion bicarbonate : 60-70 % du CO 2 CO 2 + H 2 O <--------> H + + HCO - 3 dans le plasma dans le globule rouge : réaction catalysée par l'anhydrase carbonique 112

5.3 Transport et échange du CO 2 et de l'o 2 CO 2 CO 2 CO 2 POUMON O 2 O 2 CO 2 dissout dans plasma H 2 O + CO 2 H 2CO 3 HCO 3 - + H + O 2 dissout dans plasma H 2 O + CO 2 H + + HbO 2 HHb H 2 CO 3 Anhydrase carbonique HCO 3 - + H + Cl - Globule rouge Plasma sanguin HCO 3 - Cl - 113

5.3 Transport et échange du CO 2 114

6. Les globules rouges Sang : plasma globules blanc (leucocytes), globules rouges ou érythrocytes Sang : 8% du poids corporel, ~5 litres Globule rouge : Cellules en forme de disque biconcave, 7.5 m Contiennent essentiellement l Hb Cellule sans noyau Sans mitochondrie (n utilisent pas l O 2 transporté) Cellules très déformables 115

2 µ coupe 7,5 µ face 116

6.1 Synthèse des globules rouges Hématopoïèse A partir de cellules souches situées dans la moelle osseuse rouge (os longs) Plusieurs types de cellules intermédiaires Durée de vie du GR : 120 jours Concentration doit être constante Hématocrite (% de globule rouges) ~45% Synthèse stimulée par : anémie, hémorragie, hypoxie Synthèse régulée par une hormone : Erythropoïétine = EPO 117

Cellule souche Génèse des globules rouges Accumulation Éjection d Hb du noyau hémocytoblaste érythroblastes proérythroblaste 3 à 5 jours normoblastes réticulocytes GR Quand % Hb = 34% Ejection des mitochondries et du noyau 118

Réticulocytes : jeunes globules rouges Taux de réticulocytes : index du taux de synthèse des globules rouges Utilisé dans le contrôle anti-dopage 6.1.1 Le contrôle hormonal de l hémotopoïèse Une hormone essentielle : L érythropoïétine (EPO) Site de synthèse : le rein 119

Hypoxie ( PaO 2 au niveau des capillaires rénaux) Importante du nombre de GR (hémorragie) Reins : libèrent de l EPO dans le sang apport en fer (Hb) et vitamine B12 (divisions cellulaires) L EPO stimule la différenciation des cellules souches et la synthèse de GR (et d Hb) Jusqu à ce que l hématocrite soit rétablie ou que l apport d O 2 augmente au niveau des rein (+ de GR) 120

6.2 Destin des érythrocytes (GR) Durée de vie d un GR : environ 120 jours (pas de noyau = pas de synthèse protéique, pas de réparation) GR abîmé, vieux Détruit par des macrophages dans le foie ou la rate Acides aminés, globine Retournent dans le sang Fer (toxique lorsqu il est libre) est stocké dans le sang sur des protéines (transférine) et dans le foie (ferritine) 121

6.3 Le dopage sanguin Prise d érythropoïétine BUT : le nombre de GR ( hématocrite) Améliorer le transport de l oxygène et la performance Dépistage : mesure de la concentration plasmatique d EPO mesure de l hématocrite mesure du taux de réticulocytes 122

Hct (%) Injections d érythropoïétine : 50 U/kg ; Puis 20 U/kg 52 50 U /kg 20 U /kg 50 48 46 44 42 40 EPO PLA D0 D4 D11 D18 D25 D30 D32 D37 D44 D53 D60 hématocrite 123

Reticulocytes (%) % réticulocytes 3 50 U /kg 20 U /kg 2,5 2 EPO PLA 1,5 1 0,5 0 D0 D4 D11 D18 D25 D30 D32 D37 D44 D53 D60 124