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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
Echanges gazeux alvéolo-capillaires
– 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
Echanges gazeux alvéolo-capillaires
– 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
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
A B
Gaz 1 Gaz 2
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
Milieugazeux
Milieuliquide
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
• Loi de Fick de la diffusion d’un gaz à travers un tissu
Gaz x
Membrane
Principes de la diffusion
• 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
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 CO2 >> O2
Gaz x
S
e
P1 P2
d(t)
Constante de diffusion
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
Echanges gazeux alvéolo-capillaires
– 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
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• Les échanges gazeux alvéolo-capillaires dépendent de:
– Ventilation alvéolaire
– Diffusion alvéolo-capillaire
– Perfusion pulmonaire
– Rapport ventilation/perfusion
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• 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
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• Anomalie possible de la diffusion si modification de:
– surface– épaisseur– temps de contact
Gaz x
S
e
P1 P2
d(t)
Constante de diffusion
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• Modification de la taille de la surface d’échange
Amputationglobale
Amputationcirculatoire
Amputationventilatoire
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• 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
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• 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
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• 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
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• 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
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
PvO2 = 5 kPa
PvO2 = 5 kPa
PcO2 = 14 kPa
PAO2 = 14 kPa
PaO2 = 13,3 kPa
Veinepulmonaire
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
• 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
D’après référence 5
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
Distribution régionale de la ventilation alvéolaire en position debout
D’après référence 3
Hau
teur
du
poum
on
Ventilation alvéolaire (% valeur prédite)
VA < valeur prédite
.
VA > valeur prédite
.
Valeurprédite
Valeurréelle
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
Distribution régionale de la perfusion en position debout
D’après référence 3
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
D’après référence 6
• 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)
Efficacité des échanges alvéolo-capillaires
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
D’après référence 8
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
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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