Chapitre 8 : Echanges gazeuxunf3s.cerimes.fr/media/paces/Grenoble_1112/launois...Chapitre 8 : Echanges gazeux Docteur Sandrine LAUNOIS-ROLLINAT Année universitaire 2011/2012 Université

Chapitre 8 :Echanges gazeux

Docteur Sandrine LAUNOIS-ROLLINAT

Année universitaire 2011/2012Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés.

UE3-2 - Physiologie – Physiologie Respiratoire

Ventilation pulmonaire

Transport des gaz

Echanges gazeux

Echanges gazeux

Respiration cellulaire

Echanges gazeux

Contrôle

Echanges gazeux

Circulationpulmonaire

Ventilationminute

(alvéolaire)

Echanges gazeux alvéolo-capillaires

Moulage de l’arbre bronchique

Moulage des vaisseaux

pulmonaires


– Généralités– Diffusion alvéolo-capillaire

• Principes physiques• Diffusion de l’O2 et du CO2

– Efficacité des échanges gazeux alvéolo-capillaires

• Facteurs déterminants l’efficacité des échanges gazeux

• Poumon idéal vs poumon réel• Rapports ventilation/perfusion

Echanges alvéolo-capillaires

Echanges gazeuxOxygèneDioxyde de carboneAnesthésiques gazeux ou volatilsToxiques (CO, alcool)

Echanges non gazeuxCellulesLiquidesParticules

Généralités

Nanoparticules de carboneEthylotest

Généralités

• Membrane alvéolo-capillaire (MAC)

– 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)

ALVEOLE

HEMATIE

F

P1

CAPILLAIRE

MAC

Généralités

Pression inspirée en O2 = PIO2

Pression alvéolaire en O2 = PAO2

Pression artérielle en O2 = PaO2

Pression veineuse en O2 = PvO2

1kPa = 7,5 mmHg1mmHg = 0,133 kPa

Pression capillaireen O2 = PcO2

Généralités

Alvéole: phase gazeuse

PAO2 = 14 kPa

PACO = 5,3 kPa2

PaO2 = 14 kPa

PaCO = 5,3 kPa2

PvO2 = 5 kPa

PvCO = 6 kPa2Sang veineux mêlé

Sang artériel

Per

fusi

on p

ulm

onai

re

Capillaire: phase liquide

Membrane alvéolo-capillaire

O2

CO2

Ventilation alvéolaire







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


• Dans un mélange gazeux, chaque gaz se comporte de façon indépendante

A B

Gaz 1 Gaz 2


• Diffusion d’un gaz d’un milieu gazeux vers un milieu liquide

– mêmes lois qu’au sein d’un milieu gazeux homogène

Milieugazeux

Milieuliquide


• 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

• Loi de Fick de la diffusion d’un gaz à travers un tissu

Gaz x

Membrane


• Diffusion du gaz proportionnelle

– 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 (P1-P2) – au temps de contact (dt)– à la constante de diffusion du

gaz

Gaz x

S

e

P1 P2

d(t)

Constante de 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 CO2 >> O2

Gaz x

S

e

P1 P2

d(t)


Diffusion alvéolo-capillaire

• Diffusion de l’O2

– Grande P entre le sang qui arrive dans les capillaires pulmonaires et l’air alvéolaire

– Equilibre atteint rapidement (0,3-0,4s)

PO2=13PO2 = 5alvéole

artère capillaire veine

PO2=13

PCO2 sanguine

PO2 sanguine

kPa

kPa

temps de transit

5

13

5

13

5 5

6 6

P = 8

Diffusion alvéolo-capillaire

• Diffusion du CO2

– Faible P entre le sang veineux mêlé et l’air alvéolaire mais diffusibilité importante

– Equilibre atteint rapidement (0,3-0,4s)

PCO2=5PCO2=6 alvéole

artère capillaire veine

PCO2=5

PCO2 sanguine

PO2 sanguine

kPa

kPa

temps de transit

5

13

5

13

5 5

6 6

P = 1







Efficacité des échanges alvéolo-capillaires

• Les échanges gazeux alvéolo-capillaires dépendent de:

– Ventilation alvéolaire

– Diffusion alvéolo-capillaire

– Perfusion pulmonaire

– Rapport ventilation/perfusion


• Diffusion

– Gradient de pression entre sang veineux mêlé et alvéoles

– Surface et épaisseur de la membrane A-cap• surface

- anatomique = 80 -100 m2

- 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

Gaz x

S

e

P1 P2

d(t)



• Modification de la taille de la surface d’échange

Amputationglobale

Amputationcirculatoire

Amputationventilatoire


• Modification de l’épaisseur de la membrane– Accumulation de fibres collagène ou le liquide dans l’interstitium– Accumulation de liquide dans les alvéoles

Hématie

Fibrescollagène

Plasma

PN I

Celluleendothéliale

Interstitium

HématieALV

Poumon normal Fibrose pulmonaireD’après référence 6


• Poumon idéal– PaO2 = PAO2; PaCO2 = PACO2

• Poumon réel normal– PaO2 < PAO2; PaCO2 = PACO2

PAO2 = 14 kPa

PACO = 5,3 kPa2

PaO2 = 14 kPa

PaCO = 5,3 kPa2

PvO2 = 5 kPa

PvCO = 6 kPa2Sang veineux mêlé

Sang artériel

O2

CO2


• Poumon réel normal– PAO2 = 14 kPa, PaO2 = 13 kPa– PA CO2 = 5 kPa, PaCO2 = 5 kPa

• Gradient alvéolo-artériel normal en O2 de ≈ 1 kPa; pas de gradient alvéolo-artériel en CO2 de ≈ 1 kPa

• Origine du gradient alvéolo-capillaire normal en O2– Shunt (court-circuit) sanguin anatomique– Inégalités du rapport ventilation/perfusion


• Aorte → artères bronchiques → capillaires bronchiques → veines bronchiques → veines azygos → veine cave supérieure veines pulmonaires

D’après référence 5

Veines bronchiquesVeines coronaires

Artère pulmonaire

Capillaire pulmonaire

= 0,7 kPa

• Shunt sanguin anatomique

Espacealvéolaire


PvO2 = 5 kPa

PvO2 = 5 kPa

PcO2 = 14 kPa

PAO2 = 14 kPa

PaO2 = 13,3 kPa

Veinepulmonaire


• Inégalités du rapport ventilation/perfusionVentilation

Alvéoles distendus,moins compliants

Ventilation moindre

Alvéoles non distendus,compliants

Ventilation plus élevée

PerfusionP vasculaires plus basses

Moins de recrutement/distensionRésistances plus élevées

Perfusion moindre

P vasculaires plus hautesPlus de recrutement/distension

Résistances moins élevéesPerfusion plus élevée



Distribution régionale de la ventilation alvéolaire en position debout


Hau

teur

du

poum

on

Ventilation alvéolaire (% valeur prédite)

VA < valeur prédite

.

VA > valeur prédite

.

Valeurprédite

Valeurréelle


Distribution régionale de la perfusion en position debout


Hau

teur

du

poum

on

Perfusion pulmonaire (% valeur prédite)

Q < valeur prédite

.

Q > valeur prédite

.

Valeurprédite

Valeurréelle

Rapports ventilation/perfusionDistribution régionale

du rapport VA/Q


• Rapport VA/Q– Aux sommets

• ventilation > perfusion• rapport VA/Q élevé

– Aux bases• ventilation < perfusion• rapport VA/Q bas

– Partie médiane• ventilation = perfusion• rapport VA/Q idéal (= 1)


Les pressions sont exprimées en kPa

PAO2 =15,2

PAO2 =12,2

Pc O2 =

Pc O2 =

PaO2 = 12,9

PaO2 = 12,2

Shunt vrai

Impossible d’afficher l’image.

PO2=14

VA/Q = 0,7

VA/Q = 1,3


Conclusions

• Echanges gazeux alvéolo-capillaires – Fonction essentielle de l’appareil respiratoire– Déterminent la quantité d’O2 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 iconographiquesLIVRES

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

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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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